تولید مواد کربنی حاوی نیتروژن از پیش ماده های نانوهیبرید آلی- معدنی هیدروکسید لایه ای فاز آلفای روی برای استفاده در کاتد پیل سوختی پلیمری

در این طرح پیش ماده هیدروکسید لایه ای فاز آلفای نیترات روی از ماده اولیه نیترات روی آب دار با استفاده از روش هم رسوبی سنتز شد. آنیون های سوکسینات و سالیسیلات به صورت ناکامل با آنیون های نیترات بین لایه های پیش ماده جایگزین شدند و نانوهیبریدهای آلی-معدنی روی تولید شد. با انجام عملیات حرارتی نانوهیبریدهای حاصل تحت اتمسفر خنثی مواد کربنی دوپ شده با نیتروژن به همراه اکسید روی حاصل از تجزیه حرارتی لایه های هیدروکسیدی تشکیل شد که برای خالص سازی مواد کربنی از اسید شویی بهره گرفته شد و مواد کربنی دوپ شده با نیتروژن، با درصد متفاوت نیتروژن تهیه شد. ماده کربنی سنتز شده نیز لایه ای بوده و دارای مقادیر بسیار زیادی از حفره ها بوده و از تخلخل بالایی برخوردار است. صفحات کربنی حاصل از عملیات حرارتی نانوهیبریدهای آلی-معدنی با ضخامتی کمتر از 100 نانومتر تولید شدند، به همین دلیل است که می توان این روش را جزئی از نانوفناوری دانست. همان طور که انتظار می رفت کربن سنتز شده حاوی نیتروژن یکنواخت پخش شده در سطح لایه ها بوده، که باعث تسهیل واکنش احیای اکسیژن در الکترود کاتد پیل سوختی پلیمری، انتقال بار بهتر و انجام سریع تر مجموعه این فرایندها می شود. این روش به خاطر ارزان بودن مواد اولیه و سادگی فرایند ساخت موجب کاهش قیمت پیل و حذف پلاتین از سیستم الکترود شده است. با توجه به تست های الکتروشیمیایی انجام شده، الکترودهای تهیه شده الکترواکتیو بوده و همچنین عاری از عناصر گرانبها است. مقدار ocp برای الکترودها در رنج 0/87 تا 1/04 ولت بوده و بیشتر از نمونه ی pt/c با مقدار ocp، mv/dec 0/86 می باشد. ضریب نفوذ به دست آمده از معادله کاترل و تست کرونوآمپرومتری برای الکترودهای تهیه شده مضربی از 7-10 و 8-10 می باشد. دانسیته جریان تبادلی به دست آمده از معادله تافل و تست ولتامتری خطی برای تمامی الکترودها مضربی از 5-10 می باشد که تقریبا با دانسیته جریان تبادلی پلاتین برابری می کند (رنج دانسیته جریان تبادلی پلاتین مضربی از 5-10 یا 6-10 و برای pt/c a/cm2 5-10×4 است) و همچنین شیب تافلی به دست آمده برای الکترودها در محدوده ی 5/mv/dec 14 تا mv/dec 44/2 است که کمتر از شیب تافلی الکترودهای حاوی پلاتین است (شیب تافلی برای الکترود pt/c مقدار mv/dec 88/4 است).