شماره ركورد
25838
شماره راهنما
NANO2 147
عنوان
الكترود منعطف اصلاح شده با نانوذرات اكسيد فلزي براي الكتروليز آب /توليد هيدروژن سبز
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
نانو فناوري- نانو مواد
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
1404/07/30
صفحه شمار
113 ص.
استاد راهنما
سيد عبدالله نوربخش رضايي
استاد مشاور
انسيه شريفي
كليدواژه فارسي
الكتروليز آب قليايي،واكنش توليد هيدروژن،الكترود منعطف،جوهر كربني،چارچوبهاي فلز-آلي
چكيده فارسي
توسعهٔ الكتروكاتاليستهاي ارزانقيمت و با كارايي بالا در فرآيند توليد هيدروژن، بهعنوان يكي از منابع انرژي تجديدپذير و پاك، از اهميت روزافزون برخوردار است. در اين پژوهش، ابتدا چارچوبهاي فلز-آلي (MOF) شامل فلزات كبالت، مس و تركيب دوفلزي مسـكبالت با استفاده از ليگاند بنزنديكربوكسيليك اسيد (BDC) سنتز شدند. نمونههاي سنتزشده با استفاده از روشهاي مختلف آناليز از جمله پراش اشعه ايكس (XRD)، طيفسنجي مادون قرمز (FTIR)، آناليز گرمايي (TGA) و ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) مورد بررسي قرار گرفتند تا ساختار، پايداري حرارتي و ريختشناسي سطح آنها مشخص شود. در مرحلهٔ بعد، عملكرد الكتروكاتاليستي اين تركيبات با استفاده از الكترود كربن شيشهاي تجاري و انجام آزمونهاي الكتروشيميايي شامل ولتامتري چرخهاي (CV) و ولتامتري روبش خطي (LSV) در بازهٔ پتانسيل 0٫8− تا 1٫8− ولت بررسي شد. نتايج نشان دادند كه تركيب دوفلزي مسـكبالت عملكرد بهتري در توليد هيدروژن نسبت به نمونههاي تكفلزي دارد. در ادامه، بهمنظور كاهش هزينه و افزايش انعطافپذيري، ساخت الكترود منعطف گرافيتي مورد مطالعه قرار گرفت. اين الكترود به دو روش مورد استفاده قرار گرفت: در روش اول، پس از ساخت الكترود، قطرهگذاري MOF روي سطح آن انجام شد؛ در روش دوم، پودر MOF در حين ساخت الكترود به مواد اوليه با درصدهاي وزني 2٪، 5٪ و 10٪ اضافه گرديد. مقايسهٔ عملكرد اين دو روش نشان داد كه تركيب MOF با ساختار الكترود در حين فرآيند ساخت، تأثير قابلتوجهي در بهبود فعاليت الكتروكاتاليستي و افزايش توليد هيدروژن دارد. همچنين، بهمنظور بررسي ويژگيهاي سطحي الكترود منعطف ساختهشده، آزمون زاويهٔ تماس براي ارزيابي ميزان آبدوستي و آبگريزي سطح انجام گرفت. نتايج اندازهگيري زاويه تماس نشان داد كه عليرغم افزايش ناچيز آبگريزي سطح (از 107 درجه بدون MOF به 112 درجه در 5% و 120 درجه در 10% وزني( كه مانعي براي جداشدن حبابهاي گاز از سطح الكترود است ولي عملكرد الكترود در فرايند توليد هيدروژن بهبود يافته است. تصاوير ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) حاكي از افزايش سطح موثر الكترود در مقادير بالاتر MOF است. به نظر ميرسد بهبود عملكرد الكترود عمدتاً ناشي از اين افزايش سطح موثر و در نتيجه، افزايش سايتهاي فعال و كاتاليزوري باشد.
كليدواژه لاتين
: Alkaline Water Electrolysis ,Hydrogen Evolution Reaction,Flexible electrode,Carbon ink
عنوان لاتين
Flexible electrode modified with metal oxide nanoparticles for water electrolysis/green hydrogen production
گروه آموزشي
نانو فناوري
چكيده لاتين
The development of low-cost and high-performance electrocatalysts in the hydrogen production process, as one of the renewable and clean energy sources, is of great importance. In the present study, metal-organic frameworks (MOFs) containing cobalt, copper, and a bimetallic copper–cobalt phase were synthesized using benzene dicarboxylic acid (BDC) as the ligand. The structure, thermal stability, and surface morphology of the synthesized samples were characterized using various analytical methods including X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), thermal analysis (TGA), and atomic force microscopy (AFM). The electrocatalytic performance of the as-prepared samples was carried out by applying a commercial glassy carbon electrode to conduct various electrochemical analysis including cyclic voltammetry (CV) and linear sweep voltammetry (LSV) in the potential range of −0.8 to −1.8 V. The results showed that compared to the monometallic samples, the bimetallic copper–cobalt compound exhibited better hydrogen production performance. Subsequently in this study, the fabrication of a flexible graphite electrode was used to investigate the electrocatalytic activity of the synthesized samples in order to reduce costs and increase flexibility. This was performed by applying two methods: first, after fabricating the electrode, MOF was drop-casted onto its surface; Second, MOF powder was added to the raw materials during the electrode fabrication at various weight percentages of 2%, 5%, and 10%. A comparison studies of the performance of these two methods revealed that incorporating MOF into the electrode structure during the fabrication process significantly improved electrocatalytic activity and increased hydrogen production. To further investigate the surface properties of the fabricated flexible electrode, a contact angle test was conducted to assess the degree of hydrophilicity and hydrophobicity of the surface. The results indicated that despite the slight increase in the surface hydrophilicity (from 107° without MOF to 112° at 5% and 120° at 10% by weight), which prevent the detachment of hydrogen gas bubbles from the electrode surface during the reaction, the electrocatalytic performance of the electrode towards the reduction of hydrogen has improved. Atomic force microscope (AFM) images indicate an increase in the effective surface area of the electrode at higher MOF amounts This improved electrocatalytic performance is seemed to be mainly related to the increase of effective surface area, and consequently, an increase in active electrocatalytic sites of the electrode
تعداد فصل ها
3
فهرست مطالب pdf
158929
نويسنده