PEM Elektrolizörler İçin Düşük Platin Yüklemeli Serya Kompozit Destekli Elektrokatalizörlerin İncelenmesi

Hydrogen Evolution Reaction (HER) in PEM electrolysers is an important electrochemical reaction which is very important in hydrocarbon-independent energy production. However, expensive noble metals such as platinum used for hydrogen evolution reaction increase the production cost of PEM electrolysers. In addition, it is also important to maintain the stability of the electrocatalysts in an acidic environment used in these electrolysers. In this study, it is aimed to develop alternative composite catalysts in PEM electrolysers to reduce both the Pt ratio and increase the stability of electrocatalyst in an acidic environment. In this context, low Pt loading and high Fe and Ni content ceria composite supported electrocatalysts (Pt/Fe_xCe_yO_z, Pt/Ni_xCe_yO_z) were synthesized by the impregnation-hydrothermal technique and pretreated at different reduction temperatures (400 ^oC and 800 ^oC). HER activities of the electrocatalysts were analyzed and compared with cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry (CA) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). During cyclic voltammetry studies, catalysts pretreated at 400 ^oC showed higher activity than the catalysts at 800 ^oC. highest HER activity lowest faradaic resistance were achievedwith Pt/FexCeyOz reduced at 400 ^oC. It is believed that the activity changes in different  heat treated electrocatalysts are due to the formation of different compounds between cerium and transition metal and different particle sizes of  cerium oxide and metal oxide particles at different reduction temperatures.

PEM elektrolizörlerindeki hidrojen gaz çıkışı (HER), hidrokarbonlardan bağımsız enerji üretiminde oldukça önemli olan bir elektrokimyasal tepkimedir. Ancak hidrojen gaz çıkışı için kullanılan platin gibi pahalı soy metaller PEM elektrolizörlerin maliyetini yükseltmektedir. Aynı zamanda bu elektrolizörlerde kullanılan elektrokatalizörlerin asidik ortamda kararlılığını da koruması ayrıca önemli bir noktadır. Bu çalışmada PEM elektrolizörlerde hem Pt oranını düşürebilmek hem de asidik ortamda kararlılığı korumak için alternatif olarak kompozit katalizörlerin geliştirilmesi düşünülmüştür. Bu bağlamda,  düşük Pt yüklemeli ve yüksek Fe ve Ni içerikli serya kompozit destekli elektrokatalizörler (Pt/Fe_xCe_yO_z, Pt/Ni_xCe_yO_z) emdirme-hidrotermal tekniği ile sentezlenerek farklı indirgenme sıcaklıklarında (400^oC ve 800^oC) ısıl işlemden geçirilmiştir. Elde edilen elektrokatalizörlerin HER aktiviteleri, kararlılıkları döngülü voltammetri (CV), kronoamperometri (CA) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) yöntemleri ile analiz edilip kıyaslanmıştır. Döngülü voltammetri çalışmalarında 400 ^oC’de indirgenmiş katalizörler 800 ^oC’deki katalizörlere göre daha yüksek elektrokimyasal aktivite sergilemiştir. Elektrokimyasal analizler sonunda hidrojen gaz çıkışı açısından en yüksek aktivite ve en düşük faradaik direnç 400 ^oC’de indirgenmiş Pt/Fe_xCe_yO_z ile elde edilmiştir. İndirgenme sıcaklıklarına bağlı elektrokimyasal farklılıkların kompozit destek içindeki seryum oksit ve metal oksit parçacıklarının farklı indirgenme sıcaklıklarında oluşturabileceği farklı bileşiklerden ve parçacık büyüklüklerinden kaynaklandığı düşünülmektedir.