PEM yakıt hücresi katodunda kullanılmak üzere platin bazlı üçlü katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve elektrokatalitik özelliklerinin incelenmesi

Yakıt hücreleri kimyasal enerjinin yüksek verimde kullanılabilir elektrik enerjisine dönüşümünü sağlayan cihazlardır. Geliştirilmiş birçok farklı tipteki yakıt hücresi içinden PEM (polimer elektrolit membran) yakıt hücresi, düşük sıcaklıklarda çalışması (genellikle 80-90 C°), korozyona dayanıklı oluşu ve az hacim kaplaması gibi avantajları sayesinde ulaşım araçlarında enerji kaynağı olarak kullanılmak için en uygun adaydır. PEM yakıt hücresinin ticari yaygınlık kazanmasının önünde duran en büyük engellerden biri oldukça pahalı platin bazlı elektrokatalizörlerin kullanımını gerektirmeleridir. PEM yakıt hücresinin ürettiği potansiyel, oksijen indirgenme reaksiyonunun gerçekleştiği elektrottaki yavaş reaksiyon kinetiği tarafından sınırlanmaktadır. Bu yüzden, PEM yakıt hücreleri üzerine yapılan çalışmalar katotta yürüyen oksijen indirgenme reaksiyonunun (OİR) elektrokatalizinde kullanılacak katalizörün geliştirilmesi üzerine yoğunlaşmaktadır.Bu çalışmada, PEM yakıt hücresi katodundaki OİR reaksiyonunun elektrokatalizinde kullanılabilecek ucuz ve etkin katalizörlerin sentezlenmesi amaçlanmıştır. Katalizörler, platinin Ag, Cu ve Fe geçiş metalleri ile oluşturduğu üçlü katalizörlerin karbon destek üzerinde yaş emdirme indirgeme yöntemi ile biriktirilmesi ile hazırlanmış ve N2 adsorpsiyonu, XRD, SEM, EDS ve döngülü voltametri yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları sonucunda katalizörlerin makrogözenekli yapıda olduğu ve yüzey alanlarının 152 ile 209 m2/g arasında değiştiği görülmüştür. Platin partikül boyutu 3,66 ile 16,35 nm arasında değişmektedir ve platin oranı fazla olan katalizörlerin daha küçük partikül boyutuna sahip olduğu görülmüştür. Döngülü voltametri ölçümlerinde kullanılacak elektrodun hazırlanışında bağlayıcı maddenin türünün önemli olduğu görülmüştür. PTFE bağlı olarak hazırlanan katalizör filmlerinin elektroaktif yüzey alanları düşük iken nafion ile hazırlanan katalizörlerin elektroaktif yüzey alanları oldukça yüksektir. PtAgFe/C-611 katalizörünün 557,25 cm2/mg elektroaktif yüzey alanı ile en yüksek elektroaktif yüzey alanına sahip katalizördür. En yüksek aktiviteyi yine PtAgFe/C katalizörlerinin verdiği ve kütle aktivitesinin platin oranı ile ters orantılı olduğu bulunmuştur. Katalizörlerin oksijen indirgenme reaksiyonundaki seçiciliği dönen disk-halka elektrot voltametrisi tekniği ile incelenmiştir. Peroksit oluşum yüzdesinin platin oranı az olan katalizörlerde daha fazla olduğu görülmüştür. Sonuç olarak bu çalışmada sentezlenen katalizörlerden PtAgFe/C-611 ve PtCuFe/C-611 katalizörlerinin PEM yakıt hücresi katodunda alternatif katalizör olarak kullanılabileceğine karar verilmiştir.