การศึกษาประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาขั้วแคโทด Bi/C และ Ni/C สำหรับเซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์กลูโคสแบบไม่มีเยื่อเลือกผ่าน
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อวิเคราะห์ประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา 2 ชนิดสำหรับปฏิกิริยารีดักชันของกลูโคสในเซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์แบบไม่มีเยื่อเลือกผ่าน จากการศึกษาลักษณะพื้นผิวและการกระจายตัวของโลหะบนตัวรองรับคาร์บอน ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิด Ni/C และ Bi/C มีลักษณะพื้นผิวและการกระจายตัวของโลหะบนตัวรองรับที่สม่ำเสมอ ตัวเร่งปฏิกิริยา Bi/C มีประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยารีดักชันของกลูโคสได้ดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยา Ni/C จากผลการศึกษาเปรียบเทียบประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีต่อคุณลักษณะทางเคมีไฟฟ้าในการเร่งปฏิกิริยารีดักชันของเชื้อเพลิงอัลคาไลน์แบบไม่มีเยื่อเลือกผ่าน โดยใช้กลูโคสเป็นเชื้อเพลิงที่ความเข้มข้นของสารสะสายกลูโคส 0.1 0.2 0.3 0.4 และ 0.5 โมลาร์ ร่วมกับสารละลายอัลคาไลน์ KOH 0.1 โมลาร์ ด้วยเทคนิคไซคลิกโวลเทมเมทรี พบว่า การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Bi/C ที่ความเข้มข้นของสารละลายกลูโคส 0.1 โมลาร์ ทำให้เกิดปฏิกิริยารีดักชันที่ค่าความต่างศักย์เท่ากับ -0.95 V และให้ค่าความหนาแน่นกระแสสูงสุดที่ -1.00 mA.cm-2 ที่สภาวะดังกล่าว ตัวเร่งปฏิกิริยาทนต่อการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ขั้วแคโทดได้
References
Basu, D. and Basu, S., 2010, “A Study on Direct Glucose and Fructose Alkaline Fuel Cell,” Electrochimica Acta, 55 (20), pp. 5775-5779. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.05.016
Arjona, N., Dector, A., Guerra-Balc_azar, M., Alvarez-Contreras, L., Sabate, N., Esquivel, J.P., Ledesma-Garca, J. and Arriaga, L.G., 2014, “Effect of Metal Content in the Electrocatalytic Activity of AuxPdy Mixtures and their Use in a Glucose Membraneless Microfluidic Fuel Cell,” RSC Advance, 50, pp. 26158-26165. https://doi.org/10.1039/C4RA03141E
Arjona, N., Armenta-Gonz_alez, A.J., Rivas, S., Guerra-Balc_azar, M., Ledesma-Garca, J. and Arriaga, L.G., 2015, “A New Type of High Performance Air-breathing Glucose Membraneless Microfluidic Fuel Cell,” International Journal of Hydrogen Energy, 40 (42), pp. 14699-14705. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.07.141
Faverge, T., Gilles, B., Bonnefont, A., Maillard, F., Coutanceau, C. and Chatenet, M., 2023, “In Situ investigation of D-glucose Oxidation into Value-added Products on Au, Pt and Pd under Alkaline Conditions: a Comparative Study,” ACS Catalysis, 13 (4), pp. 2657–2669. https://doi.org/10.1021/acscatal.2c05871
Guerra-Balcázar, M., Cuevas-Muñiz, FM., Castaneda, F., Ortega, R., Álvarez-Contreras, L., Ledesma-García, J. and Arriaga, L.G., 2011, “Carbon Nanotubes as Catalyst Support in a Glucose Microfluidic Fuel Cell in Basic Media,” Electrochimica Acta, 56 (24), pp. 8758-8762. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2011.07.099
Cuevas-Muniz, FM., Guerra-Balcazar, M., Castaneda, F., Ledesma-Garcia, J., Ledesma-Garcia, J. and Arriaga, L.G., 2011, “Performance of Au and AuAg Nanoparticles Supported on Vulcan in a Glucose Laminar Membraneless Microfuel Cell,” Journal of Power Sources, 196 (14), pp. 5853–5857. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.02.081
Cuevas-Muniz, FM., Guerra-Balcazar, M., Esquivel, JP., Sabaté, N., Arriaga, LG. and Ledesma-Garcia, J., 2012, “Glucose Microfluidic Fuel Cell Based on Silver Bimetallic Selective Catalysts for On-chip Applications,” Journal of Power Sources, 216 (15), pp. 297-303. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.05.101
Li, L., Scott, K. and Hao Yu, E., 2013, “A Direct Glucose Alkaline Fuel Cell Using MnO2–Carbon Nanocomposite Supported Gold Catalyst for Anode Glucose Oxidation,” Journal of Power Sources, 221 (1), pp. 1-5. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.08.021
Li, Z., Liu, X., Liu, P. and Zhang, P., 2016, “The Performance of Electron-Mediator Modified Activated Carbon as Anode for Direct Glucose Alkaline Fuel Cell,” Catalysts, 6 (7), pp. 1-12. https://doi.org/10.3390/catal6070095
Song, B.Y., Li, Y.S., He, Y.L. and Cheng, Z.D., 2014, “Anode Structure Design for the High-Performance Anionexchange Membrane Direct Glucose Fuel Cell,” Energy Procedia, 61, pp. 2118–2122. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.12.089
Basu, D., Sood, S. and Basu, S., 2013, “Performance Comparison of Pt–Au/C and Pt–Bi/C Anode Catalysts in Batch and Continuous Direct Glucose Alkaline Fuel Cell,” Chemical Engineering Journal, 228, pp. 867–870. http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2013.05.049
Bagoizky, V.S., Shumilova, N.A. and Trushcheva, E.I., 1976, “Electrochemical Oxygen Reduction on Oxide Catalysts,” Electrochimica Acta, 21 (11), pp. 919-924. https://doi.org/ 10.1016/0013-4686(76)85066-9
Chang, C.C. and Wen, T.C., 1997, “An Investigation of Thermally Prepared Electrodes for Oxygen Reduction in Alkaline Solution,” Materials Chemistry and Physics, 47 (2-3), pp. 203-210. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(97)80052-1
Suwanraksa, K., 2019, Influence of Palladium Cerium Oxide Alloy Electrocatalyst on Carbon Support Material for the Electrooxidation Reaction of Xylitol Fuel in Alkaline Solution, Chemistry Research Project, Faculty of Science, Thaksin University, Phatthalung Campus, 93 p. (In Thai)
Dirkx, J.M.H. and Baan, H.S., 1981, “The Oxidation of Glucose with Platinum on Carbon as Catalyst,” Journal of Catalysis, 67, pp. 1-13. https://doi.org/10.1016/0021-9517(81)90256-6
Gao, X., Du, X., Liu, D., Gao, H., Wang, P. and Yang, J., 2020, “Core-shell Gold-nickel Nanostructures as Highly Selective and Stable Nonenzymatic Glucose Sensor for Fermentation Process,” Scientific Reports, 10, p. 1365. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58403-x
Xie, X., Du, L., Yan, L., Park S., Qiu, Y., Sokolowski, J., Wang, W. and Shao, Y., 2022, “Oxygen Evolution Reaction in Alkaline Environment: Material Challenges and Solutions,” Advanced Functional Materials, 32 (21), p. 2110036. https://doi.org/10.1002/adfm.202110036
Wang, X., Li, Z., Qu, Y., Yuan, T., Wang, W., Wu, Y. and Li, Y., 2019, “Review of Metal Catalysts for Oxygen Reduction Reaction: From Nanoscale Engineering to Atomic Design,” Chem, 5 (6), pp. 1486–1511. https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.03.002
Qin, N., Yu, S., Ji, Z., Wang, Y., Li, Y., Gu, S., Gan, Q., Wang, Z., Li, Z., Luo, G., Zhang, K. and Lu, Z., 2022, “Oxidation State as a Descriptor in Oxygen Reduction Electrocatalysis,” CCS Chemistry, 4 (11), pp. 3587–3598. https://doi.org/10.31635/ccschem.022.202101531
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2023 มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
เนื้อหาของบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science and Engineering Connect ในทุกรูปแบบ รวมถึงข้อความ สมการ สูตร ตาราง ภาพ ตลอดจนภาพประกอบในรูปแบบอื่นใด เป็นลิขสิทธิ์ของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี การนำเนื้อหา ไม่ว่าจะในรูปแบบใด ของบทความไปใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ ต้องได้รับอนุญาตจากบรรณาธิการวารสารอย่างเป็นลายลักษณ์อักษรก่อนเท่านั้น
