24133

CHE3 247

دكتري

شيمي- شيمي معدني

شيمي

25/06/1403

107 ص.

دكتر ولي اله ميرخاني , دكتر رضا كشاورزي , دكتر مجيد مقدم

دكتر شهرام تنگستاني¬نژاد , دكتر ايرج محمدپور بلترك

شكافت فوتوالكتروشيميايي آب، , پروسكايت هاليدهاي معدني، , فوتوالكترود، , فوتوآند، , تونر

در حال حاضر سوخت‌هاي فسيلي حدود 80 درصد از كل انرژي جهان را تشكيل مي‌دهند، در حالي كه كاهش منابع انرژي فسيلي و آلودگي ناشي از اين سوخت‌ها جهان را با چالش‌هاي جدي مواجه كرده است. به عنوان يك منبع انرژي تجديدپذير پاك، انرژي خورشيدي مي¬تواند از طريق شكافت مولكول¬هاي آب به هيدروژن به عنوان يك سوخت شيميايي مورد استفاده قرار گيرد. ساختار سيستم¬هاي شكافت آب شامل فرآيندهاي فوتوكاتاليستي، فوتوالكتروشيميايي و فوتوولتائيك بر پايه نيمه هادي¬ها است. نيمه هادي¬ها به عنوان جاذب نور و مبدل انرژي براي ذخيره انرژي خورشيدي در ساده ترين پيوند شيميايي، H2 عمل مي¬كنند. تا كنون، كوكاتاليست¬هاي زيادي براي افزايش فعاليت فوتوكاتاليستي تكامل اكسيژن از آب معرفي شده‌اند. خواص نوري استثنايي و پايداري دمايي خوب پروسكايت¬هاي هاليد معدني، آنها را به مواد جذابي براي شكافت آب فوتوالكتروشيميايي تبديل مي¬كند. با اين حال، ناپايداري آنها در برابر مولكول¬هاي آب يك چالش جدي است. راه حل ما براي اين مسئله، استفاده از تونر بر پايه كربن پسماند از كارتريج‌هاي چاپگرها براي محافظت از فوتوآندهاي مبتني بر CsPbBr3 در الكتروليت¬هاي آبي به روشي سازگار با محيط زيست، مقرون به صرفه و كارآمد است. تونر كربن زباله: لايه محافظ گرافيت (WCTG) رويكرد جديدي است كه در اينجا براي بازيافت اين آلاينده‌هاي مضر براي محيط زيست ارائه مي‌كنيم. از طريق تنظيم نسبت‌هاي WCTG، متوجه شديم كه چگالي جريان نوري آندهاي نوري CsPbBr3 براي اكسايش آب به ترتيب 6/3 و mA cm-2 6/4 در 23/1 در مقابل الكترود هيدروژن برگشت‌پذير در pH 7 و pH 12 به دست آمد. پس از 5 ساعت، پايدارترين الكترودها همچنان چگالي جريان نوري خود را حفظ كردند، كه يك گام مهم به سمت اقتصاد دايره¬اي تونرهاي زباله و استفاده از پروسكايت¬هاي هاليد معدني براي شكافت آب خورشيدي است. براي حصول نتايج مطمئن و مطلوب در اين مطالعه از آناليزهاي,AFM, EDX , XRD FE-SEM، آناليزهاي نوري مانند جذب و آناليزهاي الكتريكي نظير جريان- ولتاژ، امپدانس الكتروشيميايي، كرونوآمپرومتري، IPCE و ... استفاده شده‌است.

Photoelectrochemical Water Splitting, , Inorganic Halide Perovskites, , Photoelectrodes, , Photoanode, , toner

Inorganic perovskite halides in photoelectrochemical water splitting

شيمي معدني

Currently, finite fossil fuels account for ~80% of the worldʹs total energy, while the reduction of fossil energy sources and the pollution caused by these fuels have faced the world with serious challenges. As a clean renewable energy source, solar energy can be converted into hydrogen as a chemical fuel through water splitting. The structure of water-splitting systems including photocatalytic (PC), photoelectrochemical (PEC), and photovoltaic (PV), is based on semiconductors (SCs). SCs act as light absorbers and energy converters to store solar energy in the simplest chemical bond, H2. So far, many cocatalysts have been introduced to increase the PC activity of oxygen evolution from water. The exceptional optical properties and good temperature stability of inorganic halide perovskites make them appealing materials for photoelectrochemical water splitting. However, their instability towards water molecules is a serious challenge. Our solution to this issue is to use waste carbon-based toner from cartridge printers to protect CsPbBr3-based photoanodes in aqueous electrolytes in an environmentally friendly, cost-effective, and efficient way. Waste carbon toner: graphite (WCTG) protective layer is a novel approach that we present here to recycle these environmentally harmful pollutants. Through adjustment of WCTG ratios, we discovered that the CsPbBr3 photoanodesʹ photocurrent densities for water oxidation achieved 3.6 and 4.6 mA cm-2 at 1.23 vs. reversible hydrogen electrode at pH= 7 and pH= 12, respectively. After 5 hours, the most stable electrodes still maintained their photocurrent density, a critical step towards the circular economy of waste toners and the use of inorganic halide perovskites for solar water splitting.

3