بهينه‌‌يابي الكتروكاتاليست نيكل_¬آهن ‌بر روي بستر فوم نيكل به كمك ميدان مغناطيسي به¬منظور شكافت الكتروشيميايي آب

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

آلودگي‌هاي زيست‌محيطي ناشي از استفاده از سوخت‌هاي فسيلي يكي از مهم‌ترين مشكلات جهاني است كه باعث مشكلات گسترده‌اي شده است. روش‌ها و مواد مختلفي جهت جايگزيني اين سوخت‌ها براي مقابله با تخريب محيط‌زيست مطرح شده و در حال تحول است. هيدروژن ازجمله آن‌ها است كه جهت تأمين انرژي توليد از منابع تجديد پذير مانند انرژي خورشيد و باد استفاده مي‌شود. هيدروژن كاربردهاي بسيار زياد در صنايع گوناگون مانند فولادسازي، نفت گاز و صنايع بشمار ديگر دارد به روش‌هاي متعددي توليد مي‌شود. شكافت الكتروشيميايي آب روشي مهم در توليد هيدروژن با شكافت آب و سازگار با محيط‌زيست است. نيم‌واكنش احياي اكسيژن به دليل سينتيك كند آن، گام محدودكننده سرعت در واكنش تفكيك آب است. به عبارتي سرعت كلي واكنش توسط سرعت احيا اكسيژن تعيين مي‌شود. استفاده از كاتاليست¬هاي جايگزين بدون پلاتين جايگزين مؤثرتري براي كاتاليست‌هاي گروه پلاتين سنتي هستند كه به دليل قيمت بالا، كميابي و اثرات زيست‌محيطي منفي، محدوديت‌هايي دارند.كاتاليست‌هاي نيكل-آهن دسته‌اي از كاتاليست‌هاي ارزان، فراوان و فعال هستند كه در كاربردهاي تفكيك آب قابل‌استفاده هستند. در اين پژوهش نانوسيم¬هاي نيكل-آهن به روش الكترولس تحت ميدان مغناطيسي بر روي بستر نيكل فوم سنتز شد. پارامترهاي زمان و غلظت مورد بررسي و بهينه يابي با استفاده از طراحي آزمايش به روش Rsm13 سطحي انجام شد. نمونه بهينه با غلظت 5/16ميلي مولارآهن و5/33 ميلي مولارنيكل در زمان 60 دقيقه بر اساس طراحي آزمايش بدست آمد. ميانگين قطر اندازه ذرات نمونه بهينه 213 نانومتر محاسبه شد. آناليز EDS از نمونه بهينه نشانگر درصد اتمي برابر نيكل و آهن در ساختار دارد. نمونه با جرم بارگذاري شده 4/1 ميلي‌گرم بر روي سطح در پتانسيل 41/1 ولت به چگالي جريان mA.cm-2 10 با اورپتانسيل90 ميلي ولت و چگالي جريان mA.cm-2 920 در پتانسيل 2 ولت به دست آمد. شيب تافل كاتاليست mV.dec-1 28 در بخش OER و mV.dec-1 30 بخش HER حاكي از عملكرد مناسب سينتيكي اين كاتاليست دارد. كاتاليست بهينه فوق آب‌دوست كه منجر به تسهيل سينتيك واكنش برخلاف زيرلايه آب‌گريز شد. مساحت سطح‌فعال الكتروشيميايي نمونه بهينه برابر با cm2 650 كه 16 برابر بيشتر از زير لايه انتخابي با مساحت فعال الكتروشيميايي cm240 مي‌باشد. آزمون كروپتناسيومتري به مدت 3 ساعت در جريان 1 آمپر تنها 3 ميلي‌ولت تغيير را نشان داد. آزمون كرونوپتانسيومتري پله‌اي بر روي نمونه بهينه ميزان تغيير 01/0 ولت نسبت به پله آغازين داشت.

228270

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان