Carbon nanotube supported catalyst nanoparticles for fuel cell applications
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2008
Major/Subject
Fysiikka
Mcode
Tfy-3
Degree programme
Language
en
Pages
87
Series
Abstract
Kiinnostus polttokennoja kohtaan on viime vuosina kasvanut monella teollisuuden alalla aina pienistä kannettavista laitteista pieniin voimaloihin. Yksi suurimmista ongelmista matalan lämpötilan polttokennoissa on niiden vaatima kallis jalometallikatalyytti elektrodeilla. Hiilinanoputkia on ehdotettu nykyisen hiilimustan korvaajaksi katalyytin kantajaksi elektrodeilla, jotta suurempi osa kallista katalyyttiä tulisi hyötykäytettyä. Tämä diplomityö koostuu kirjallisuustutkimuksesta ja kokeellisesta osuudesta. Kirjallisuustutkimuksessa on selvitetty miten nanoputkia on käytetty parantaamaan polttokennon suorituskykyä sen eri komponenteissa. Kokeellisessa osuudessa on tutkittu eri menetelmiä valmistaa katalyyttinanohiukkasia ja asettaa niitä hiilinanoputkien pinnalle. Kirjalliisuustutkimuksesta selviää, että suurin osa tutkimuksista on keskittynyt nanoputkien käyttämiseen katalyytin kantajana. Biopolttokennojen tutkimuksessa suurin osa mielenkiinnosta on keskittynyt nanoputkien käyttöön suoran elektronisiirron parantamiseksi asettamalla enzyymejä tai mikrobeja suoraan putken pinnalle. Työn kokeellisessa osuudessa valmistettiin platina- ja kultananohiukkasia nanoputkien pinnalle höyrystämällä kaasuvirtauksessa ja sputteroimalla. Eri menetelmillä tuotettujen hiukkasten kokojakauma selvitettiin transmissioelekronimikroskopialla (TEM), pyyhkäisyelektronimikroskopialla (SEM) ja differentiaalisella liikkuvuusanalysaattorilla (DMA). Hiukkasten syvyysjakauma nanoputkikalvolla selvitettiin röntgenherätteisellä fotoelektronispektroskopialla (XPS) ja atomivoimamikroskoopilla (AFM). Höyryttäminen todettiin liian hitaaksi ja epästabiiliksi tavaksi tuottaa kulta- tai platinahiukkasia polttokennon vaatimissa määrin. Sputterointi sen sijaan tuotti huomattavasti suurempia määriä hiukkasia varsin yksinkertaisella järjestelyllä. Hiukkasten syvyysjakaumasta nanoputkikalvolla todettiin kalvon olevan erittäin huokoinen. Platinahiukkasten keskimääräinen tunkeutumissyvyys kalvolla laskettiin olevan noin 200 nm. Karakterisoitaessa hiukkasia magnesiumoksidin päällä transmissioelektronimikroskoopilla, havaittiin magnesiumoksidin muodostavan tankomaisia nanorakenteita hiukkasten alle. Kasvu tapahtui aina mikroskoopin sisällä ja vain elektronisuihkun alla. Transmissioelektronimikroskoopilla otetuista kuvista selvisi, että rakenteet kasvavat aina magnesiumoksidin (100) hilatasojen suuntaan. Hiukkasten atomihilan todettiin aina asettuvan magnesiumoksidin hilan kanssa järjestykseen.Description
Supervisor
Kauppinen, EskoThesis advisor
Nasibulin, AlbertKeywords
carbon nanotube, hiilinanoputki, bio fuel cell, nanohiukkanen, MgO nanorod, Au, hot wire generator, Pt, nanoparticle, MgO, Au, nanotanko, Pt, höyrystäminen, sputterointi