کاظم مطهری (بازنشسته)

در این پژوهش با استفاده از شکر خوراکی، نانو ذرات کربنی سولفونه شده سنتز شد و کاربرد آن به عنوان الکتروکاتالیست برای تولید همزمان آب اکسیژنه و هیدروژن در الکترولایزرهای کاتالیستی با غشای الکترولیت پلیمری مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور محلول غلیظی از شکر خوراکی در آب تهیه و به اسید فسفریک غلیظ با غلظت 85 درصد به عنوان محیط رقیق کننده و عامل احیا کننده اضافه شد. سپس اسید سولفوریک 98 درصد به عنوان عامل آب گیری از ساکاروز و تبدیل شکر به کربن، همچنین به عنوان عامل سولفونه کننده به محلول اضافه شد. این واکنش تا 12 ساعت به طول انجامید؛ و پس از شست و شو و خشک کردن ذرات کربنی به دست آمده، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن با انجام آزمایشات مختلف تعیین گردید. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) تصاویری از ذرات کربنی سنتز شده تهیه و ابعاد این ذرات در حدود 20 نانومتر به دست آمد. همچنین با استفاده از طیف سنجی پراش انرژی پرتوی ایکس (EDX, MAP)، آنالیز عنصری CHNS، طیف سنجی تبدیل فوریه ی مادون قرمز (FT-IR) و تیتراسیون نانو ذرات سنتز شده، وجود گروه عاملی سولفونیک اسید تأیید و مقدار آن تعیین گردید. ساختار نانو ذرات سنتز شده نیز با توجه به طیف سنجی پراش پرتوی ایکس (XRD)، منظم نبوده و این نانو ذرات آمورف هستند. با تجزیه و تحلیل تغییرات وزن با دما (TG-DTG)، مقاومت گرمایی و شیمیایی خوبی در برابر اکسید شدن برای این نانو ذرات مشاهده شد. پس از تعیین خصوصیات نانو ذرات سنتز شده، با مخلوط کردن این نانو ذرات با گرافیت و استفاده از امواج مافوق صوت در آب جهت مخلوط شدن گرافیت با این نانو ذرات، کامپوزیتی رسانا حاصل شد. این کامپوزیت با استفاده از محلول نفیون روی سطح کربن پارچه ای برای استفاده به عنوان آند پوشش داده شد. کاتد نیز با استفاده از پوشش کربن پارچه ای با کاتالیست 40%Pt/C آماده شد. غشای مورد استفاده نیز نفیون 117 بوده، و مجموعه ی الکترودها و غشا در الکترولایزر آزمایشگاهی تحت فشار روی هم بسته شد. پس از آزمایش الکترولایزر آزمایشگاهی، ثبت تمامی اطلاعات حاصل از آزمایش و انجام محاسبات مربوطه، بازدهی جریان برای تولید هیدروژن 60.41 درصد و بازدهی جریان برای تولید آب اکسیژنه نیز 1.25 درصد به دست آمد. با توجه به مکانیسم پیشنهادی برای واکنش انجام شده در سطح نانو ذر