Kendi kendine biriken tek tabakalı iletken polimer film/metal kompozit elektrokatalizörler: Elektroliz ve doğrudan metanollü yakıt pili uygulamaları

Bu çalışmada, hem elektroliz sisteminde katot hem de yakıt pillerinde anot olarak kullanılabilecek çok fonksiyonlu, katalitik etkisi yüksek, zamanla kararlı ve maliyeti düşük yeni bir organik-metal kompozit ince filminin hazırlanması amaçlanmıştır. Bu amaçla, iletken bir polimer olan polirodaninin (pRd), Pt ve Cu üzerinde iki farklı şekilde filmleri hazırlanarak karakterize edilmiş ve elektrokatalitik etkileri incelenmiştir. Öncelikle, Pt yüzeyine elektrokimyasal yöntemle ince bir pRd filmi sentezlenmiştir. Sentezlenen film, mekanik olarak yüzeyden sökülerek etanol içerisinde çözülmüştür. Cu elektrot hazırlanan bu çözeltide 24 saat bekletilerek literatürde ilk defa bir metal yüzeyine iletken bir polimerin kendi kendine biriken tek tabakalı filmi (SAM) oluşturulmuştur (Cu/pRd-SAM). Geliştirilen yöntem herhangi bir ön pasifleştirme işlemi gerektirmediğinden, uygulanması pratik olduğundan, metal yüzeyine sıkı tutunmuş ince filmler hazırlandığından diğer tekniklere önemli üstünlükler sağlamaktadır. Çalışmanın son aşamasında Pt/pRd ve Cu/pRd-SAM filmlerin yüzeyine çok az miktarda Pd çöktürülerek (Pt/pRd/Pd ve Cu/pRd-SAM/Pd) elektrokatalitik etkileri daha da arttırılmıştır. Hazırlanan Cu/pRd-SAM ve Cu/ pRd-SAM/Pd elektrotlar 6 M KOH çözeltisinde, Pt/pRd ve Pt/pRd/Pd elektrotlar ise 0,5 M H2SO4 çözeltisinde katot olarak kullanılmış ve hidrojen gazı oluşumuna katalitik etkileri polarizasyon, elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) ve kronoamperometri teknikleri ile incelenmiştir. Cu/pRd-SAM ve Cu/ pRd-SAM/Pd elektrotlar 1 M CH3OH içeren 0,1 M KOH çözeltisinde, Pt/pRd ve Pt/pRd/Pd elektrotlar 1 M CH3OH içeren 0,5 M H2SO4 çözeltisinde anot olarak kullanılmış ve doğrudan metanollü yakıt pillerinde anot olarak kullanılabilirlikleri dönüşümlü voltametri (CV), EIS ve kronoamperometri teknikleri ile incelenmiştir. Filmler taramalı elektron mikroskopu (SEM), atomik kuvvet mikroskopu (AFM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) ve CV teknikleri ile karakterize edilmiştir. Pt yüzeyinde homojen, yüzeye sıkı tutunmuş ve farklı kalınlıklarda farklı renklerde pRd sentezlenmiştir. Önerilen yeni yöntemle Cu yüzeyinde mor renkli, son derece homojen ve yüzeye oldukça sıkı bir şekilde tutunmuş pRd-SAM filmler oluşturulmuştur. pRd ve pRd-SAM üzerine homojen dağılımlı Pd çöktürülmüştür. Pd çöktürülmemiş ve çöktürülmüş pRd ve pRd-SAM modifiye edilmiş elektrotlar elektroliz ve doğrudan metanollü yakıt pili sistemlerinde zamanla oldukça yüksek kararlılık göstermiştir. Bu elektrotlar her iki reaksiyonun da hızını katalizlemiştir. Bu filmlerin yüzeyine çok az miktarda Pd çöktürülmesi elektrotların katalitik performanslarını daha da arttırmıştır. Dolayısı ile Pt/pRd/Pd ve Cu/pRd-SAM/Pd elektrotların elektroliz sistemlerinde katot ve yakıt pillerinde anot olarak kullanılabileceği önerilmiştir.