Süperkritik karbondioksit depozisyon tekniği ile hazırlanan grafen bazlı platin katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve PEM yakıt pilinde kullanımı
Synthesis and characterization of graphene based platinum catalysts via supercritical carbon dioxide deposition technique and utilization in PEM fuel cell
Yazar: ELİF DAŞ
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE BAYRAKÇEKEN YURTCAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy

Özet:
PEM yakıt pillerinin ticarileşebilmesi ve yaygın kullanıma uygun hale gelebilmesi için yakıt pili performansını doğrudan etkileyen anot ve katot elektrotlarında yüksek aktiviteye sahip katalizörlerin kullanılması gerekmektedir. Bu anlamda platin (Pt), en yaygın kullanılan metaldir. Ancak Pt'nin kullanımı maliyeti büyük ölçüde artırmaktadır. Bu nedenle son yıllardaki araştırmaların ortak hedefi, daha az katalizör ile daha yüksek performans elde etmektir. Bu hedefe ulaşmak için de farklı destek malzemeleri ve katalizör sentezleme yöntemleri geliştirilmektedir. Benzer amaçla yola çıkılarak hazırlanan bu tez çalışmasında ticari olarak temin edilen grafen nanoplakanın (GNPs) yanı sıra sentezlenmiş indirgenmiş grafen oksitler de (rGO) yakıt pili katalizör destek malzemesi olarak kullanılmıştır. Ayrıca bu destek malzemelerinin Vulcan XC-72 (CB) ile farklı oranlarda bir araya getirilmesi ile elde edilen hibrit yapıları da yakıt pili katalizör destek malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu destek malzemeleri üzerine Pt katalizörlerin sentezi ise nispeten yeni ve ümit verici bir yöntem olan süperkritik karbondioksit (scCO2) depozisyon tekniği kullanılarak hazırlanmıştır. Hazırlanan destek malzemelerinin ve katalizörlerin fizikokimyasal ve elektrokimyasal karakterizasyonları yapılarak en iyi performansa sahip katalizörlerin hibrit destek malzemeleri ile hazırlanan katalizörler olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, düşük katalizör miktarlarında yüksek verimlilik gösterebilen katalizörlerin scCO2 depozisyon tekniği ile başarılı bir şekilde hazırlanabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
It is essential to use highly active catalysts at the anode and cathode electrodes of PEM fuel cells, which directly affects the fuel cell performance, in order for the PEM fuel cells to be commercialized and suitable for widespread use. In this sense, platinum (Pt) is the most widely used metal. However, the use of Pt greatly increases the cost. For this reason, the common goal of research in recent years is to achieve higher performance with less catalysts. Different support materials and catalyst synthesis methods are being developed to achieve this goal. In this thesis study, prepared for the same purpose, the commercially available graphene nanoplatelets (GNPs) as well as the synthesized reduced graphene oxide (rGO) were used as the catalyst support materials. Hybrid structures obtained by combining these support materials with Vulcan XC-72 (CB) at different ratios were also used as fuel cell catalyst support materials. The synthesis of Pt catalysts on these support materials is achieved by using the supercritical carbon dioxide (scCO2) deposition technique, which is a relatively new and promising method. Physicochemical and electrochemical characterization of the supported materials and catalysts were performed and it was observed that the catalysts with the best performance were prepared with hybrid support materials. Moreover, it was shown that the catalysts with high efficiency in low amounts of catalysts could be prepared successfully with scCO2 deposition technique.