Sputter magnetron yöntemiyle pem tipi yakıt hücreleri için katalizör hazırlanması
Preparation of catalyst for pem type fuel cell by magnetron sputter
Yazar: OĞUZ KAAN ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. ALİ ATA
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Enerji = Energy ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bilindiği üzere sputter magnetron yöntemi diğer yöntemler ile kıyaslandığında temiz yüzey oluşturması, öok düşük yükleme miktarlarının sağlanabilmesi ve homojen bir yüzeyin oluşturulması gibi avantajlara sahiptir. Bu avantajlarından dolayı sputter magnetron günden güne daha da önem kazanmaktadır.İlk olarak, bir seri Pt ince filmi dc magnetron yöntemiyle daoğrudan hidrofobik mikroporoz tabaka içeren karbon kağıdı üzerine veya aynı karbon kağıdı üzerine kaplanan farklı kalınlıklarda ki Ti tabakasının üzerine biriktirilmiştir. Elektrokimyasal deneyler sonucunda 33 Å Ti altlık üzerine 22 ? gr.cm-2 Pt yüklemesine sahip katalizörler Ti altlık içermeyen katalizörlere göre mekanik dayanım, yükse yüzey alanına ve geliştirilmiş katalizör etkinliğine sahiptir. Katot kısmını oluşturan MEA'ların karşılaştırılması sonucunda, Ti altlık içeren elektrotların sadece Pt içeren elektrotlara nazaran daha üstün olduğu görülmektedir.İkinci olarak, farklı atomik oranlardaki PtCo filmleri yine ticari karbon kağıdı üzerine, oda sıcaklığında dc magnetron sputter yöntemiyle biriktirilmiştir. Bu filmlerin oksijen indirgenme reaksiyonuna karşı aktiviteleri döngüsel voltametri, lineer tarama voltametresi ve döner disk elektrot yöntemleri ile incelenmiştir. İncelemeler sonucunda artan Co oranı ile elektrokimyasal aktif yüzey alanının arttığını ve en yüksek aktif alan PtCo(1:3) için (47.54 m2.gpt-1 ) bulunmuştur. XPS deneylerine göre ve uygulanan sputter parametrelerine göre oluşan bu etki Pt ve Co parçacıklarının core-shell yapısını oluşturduğunu göstermektedir

Abstract:
We all know that sputter magnetron has some advantages such as very clean surface and homogenous surface, in comparison to other thecniques. Because of these significant advantages, sputter magnetron is getting more and more important each day.Firstly, a series of thin Pt films were deposited by dc magnetron sputtering directly on a commercial hydrophobic carbon paper substrate having a thin microporous Vulcan-XC72 layer or upon a thin Ti sublayer sputtered on the top of the microporous carbon film. The catalyst with ultralow Pt loading of 22 ? g.cm-2 deposited on a 33Å thick Ti sublayer is robust, mechanically stable, possesses highly developed surface area and improved catalytic efficiency. Its performance as a MEA cathode in a single hydrogen PEM fuel cell proved to be much superior compared to that of MEA with the same cathode Pt loading but without Ti sublayer.Secondly, A series of thin PtCo films with different metal ratios were deposited by dc magnetron sputtering directly on a commercial hydrophobic carbon paper substrate at room temperature. Their electrocatalytic properties toward the oxygen reduction reaction were investigated by means of cyclic voltametry (CV) and linear sweep voltametry (LSV) on rotating disc electrode (RDE). It was found that the increase of Co content leads to rise in the electrochemical active surface area (EASA) reaching a maximum of 47.54 m2.gPt-1 for PtCo(1:3). Based on the performed XPS analysis and the applied sputtering mode the observed effects are explained with formation of core-shell type catalytic surfaces.