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Kinetics of methanol electrooxidation on PtRu catalysts in a membrane electrode assembly

Autor :Tanja Vidakovic
Herkunft :OvGU Magdeburg, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik
Datum :17.06.2005
 
Dokumente :
Dataobject from HALCoRe_document_00006358
 
Typ :Dissertation
Format :Text
Kurzfassung :In der vorliegenden Arbeit wurde die Kinetik der Methanoloxidation an PtRu-Katalysatoren untersucht. Es wurde der Einfluss der Methanolkonzentration, der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit, sowie der Metallbeladung analysiert. Eine Gegenüberstellung von geträgerten und ungeträgerten Katalysatoren wurde ebenfalls unternommen. Es wurde festgestellt, dass die Aktivität im Hinblick auf die Methanoloxidation vom Syntheseweg des Katalysators abhängig ist. Einige nach dem Bönnemann-Verfahren aus PtRu-Kolloidpartikeln hergestellten Katalysatoren wurden mit Hilfe physikalischer und elektrochemischer Methoden charakterisiert und als Methanolelektroden untersucht. Ein wichtiger Aspekt der Katalysatoraktivität ist die reale Elektrodenoberfläche, die durch voltamperometrische Oxidation von adsorbiertem CO bestimmt wurde. Um die Kinetik der anodischen Methanolelektrooxidation auf einer Membranelektrode unter praxisnahen Bedingungen untersuchen zu können, wurde eine spezielle elektrochemische Messzelle (Zyklonzelle) eingesetzt. Die Experimente (stationäre Strom-Spannungskurven, zyklische Voltammetrie, Chronoamperometrie und elektrochemische Impedanzspektro­skopie) wurden bei Temperaturen zwischen 22 und 60° C durchgeführt. Die Membran­elektroden wurden durch Aufsprühen des Katalysators auf die Nafionmembran hergestellt, die danach auf die Diffusionsschicht bei hoher Temperatur gepresst wurde. Als Katalysatoren (Pt:Ru=1:1) dienten sowohl kommerzielle (Johnson Matthey) als auch nicht kommerzielle (Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr) Materialien. Die Metallbeladung, der Elektrodenfläche wurde zwischen 1 und 5 mg cm-2 variiert. Auf die Seite der Arbeitselektrode wurde eine 1M wässrige Methanollösung mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten zugeführt. Der Leitelektrolyt auf der Seite der Gegen­elektrode war eine 1M Schwefelsäurelösung. Die formale Reaktionsordnung in Bezug auf Methanol ändert sich von 0,3 bei niedrigen Konzentrationen bis 0 bei hohen Konzentrationen im Durchtrittsüber­spannungsbereich. Im Grenzstrombereich ist diese Reaktionsordnungsänderung schwächer ausgeprägt und beträgt etwa 0,7. Die scheinbaren Tafel-Steigungen hängen vom Potentialbereich und von der Konzentration ab (typische Werte: 130 mV dec-1 bei Zimmertemperatur und 100 mV dec-1 bei 60o C für 1 M Methanollösung). Die berechneten scheinbaren Aktivierungsenergien betragen 56±2 kJ mol-1 im Durchtrittsüberspan­nungsbereich und 34±2 kJ mol-1 im Grenzstrombereich. Es wird ein reaktionskinetisches Modell vorgeschlagen, das in guter qualitativer Übereinstimmung mit den experimentellen Daten steht.
Schlagwörter :Methanolelektroxidation, Kinetik, Mechanismus, Geschwindigkeitausdruck, Membranelektrode, PtRu katalysatoren, Zyklonzelle
Rechte :Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt.
Größe :VII, 128 S.
 
Erstellt am :25.03.2009 - 08:20:50
Letzte Änderung :22.04.2010 - 08:29:03
MyCoRe ID :HALCoRe_document_00006358
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