سیدعلی موسوی - دانشجوی دکتری مهندسی سیستمهای انرژی، فناوری انرژی گروه انرژی های نو و محیط زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران
مهدی مهرپویا - دانشیار گروه انرژی های نو و محیط زیست گروه انرژی های نو و محیط زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران

امروزه پرکاربردترین کاتالیست مورد استفاده در بخش کاتد و آند پیلهای سوختی و باتریها، فلز کمیاب و گرانقیمت پلاتین میباشد. از این رو در سالهای اخیر، ساخت الکتروکاتالیستهایی غیرفلزی با قیمت پایین و عملکرد نزدیک به پلاتین، مورد توجه محققین حوزه انرژی قرار گرفته است. هدف اصلی این تحقیق ، ساخت و ارائه الکتروکاتالیستهایی غیرفلزی با عملکردی مطلوب به منظور استفاده در کاتد پیلهای سوختی است. به همین منظور، 5 الکتروکاتالیست شامل، گرافن اکساید((GO، گرافن اکساید عاملدار شده با نیتروژن و گوگرد (NS –RGO) ، چارچوب فلزی آلی مس (Cu – MOF)، GO - Cu-6% MOF، و %8 NS - RGO - Cu- MOF با روشهای هیدروترمال سنتز شدند. در ادامه، عملکرد، فعالیت و ساختار الکتروکاتالیستهای سنتز شده با استفاده از آزمایشهای الکتروشیمیایی و فیزیکی مورد بررسی قرار گرفت و با الکتروکاتالیست تجاری %20Pt/C مقایسه شد. براساس آزمایشهای فیزیکی، ساختار الکتروکاتالیستها یکنواخت است و لایه نشانیهای مورد نظر به درستی انجام شده است. همچنین، براساس تحلیل مورفولوژی الکتروکاتالیستها، اندازه ذرات در محدوده نانومتر است. الکتروکاتالیست %8NS - RGO - Cu - MOF بهترین فعالیت الکتروشیمیایی را داشت، که پتانسیل آغاز آن -0/06 V vs Ag/AgCl محاسبه گردید. پیک مربوط به واکنش احیای اکسیژن در ولتاژ-0/08 V نمایان شد که چگالی جریان در این ولتاژ، -4/8 mA/cm2 است. میزان الکترون منتقل شده توسط این الکتروکاتالیست 3/53 محاسبه گردید، که نشان میدهد به مسیر چهار الکترونی برای واکنش احیای اکسیژن بسیار نزدیک است. همچنین، پتانسیل آغاز الکتروکاتالیست %6 GO – Cu- MOF، -0/11 V بدست آمد. براساس تحلیلهای صورت گرفته، الکتروکاتالیستهای سنتز شده عملکرد و فعالیت مناسبی برای واکنش احیای اکسیژن دارند و میتوانند جایگزین مناسبی برای الکتروکاتالیستهای فلزی و گران قیمتی ازجمله پلاتین باشند.

پیل سوختی- واکنش احیای اکسیژن- الکتروکاتالیست- چارچوب فلزی آلی- پایه غیرفلزی.