كامپوزيت‌هاي جديد، تشكيل شده از ذرات فعّال كوچك تعبيه شده در نانوساختارهاي كربونيزه فلز آلي نيكل، جهت واكنش آزادسازي هيدروژن

كارشناسي ارشد

توليد هيدروژن از طريق الكتروليز آب روشي بسيار اميدواركننده براي جايگزيني سوخت‌هاي فسيلي و جلوگيري از آلودگي محيط زيست و اتلاف انرژي است، اما سرعت اين واكنش كند است. بنابراين، توسعه الكتروكاتاليست‌هاي كارآمد، كم‌هزينه و فراوان براي حل مشكل سرعت واكنش كند، مهم است. در ميان الكتروكاتاليست‌هاي مختلفي كه در چند سال اخير بر اساس فلزات غير نجيب ساخته شده‌اند، كالكوژنيدهاي فلزات واسطه، به ويژه سولفيدها (TMS) به دليل عملكرد الكتروشيميائي عالي و ساختار داخلي منحصر به فردشان، به عنوان كانديدهاي بالقوه مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در بخش اول اين پايان نامه، كامپوزيت‌هاي جديدي متشكل از ذرات TMS تعبيه شده در نانوساختارهاي كربونيزه به دست آمده از چارچوب آلي نيكل حاوي نيتروژن (Ni/NNPC TMS) تهيه و بر روي الكترود كربن شيشه اي (GC) انتقال داده شد و به صورت الكتروشيميايي براي هيدروژن مورد بررسي قرار گرفت. واكنش آزاد سازي هيدروژن (HER) در محلول‌هاي قليايي از طريق منحني‌هاي قطبش حالت پايا (نقاط تافل) و طيف‌سنجي مقاومت ظاهري الكتروشيميائي (EIS) مورد مطالعه قرار گرفت. سپس پارامترهاي سينتيكي از مطالعات تجربي استخراج شد. از بين كامپوزيت‌هاي مختلف آزمايش‌شده براي HER، فعال‌ترين كامپوزيت{(5%)Ni/NNPC/WS2}از نظر شيب تافل (b)، مقاومت انتقال بار (Rct) و ظرفيت دو لايه (Cdl) انتخاب شد. افزون بر فعاليت خوب الكترود GC/Ni/NNPC/WS2 (5%) (شيب تافل mV/dec 92- و اضافه ولتاژ mV 319- = η50و mV 255- =η10)، پايداري كاتاليزور روي سطح GC قابل قبول نبود. براي غلبه بر اين مشكل، Ni/NNPC/WS2 در نانوساختارهاي نيكل/فسفيد از يك حمام تمام كلريدي ويژه روي بستر مسي از طريق روش رسوب‌گذاري كه منجر به الكترود (5%)Cu/Ni/Ni-P/Ni/NNPC/WS2، تثبيت شد. سپس، سينتيك اين الكترود دوباره براي HER از طريق اندازه‌گيري‌هاي تافل و EIS مورد مطالعه قرار گرفت. پايداري فيزيكي و الكتروشيميائي عالي براي تركيب الكترود بهينه مشاهده شد. تجزيه و تحليل داده‌هاي HER پارامترهاي سينتيكي كمي را به صورت شيب تافل mV/dec 78-و mV222η100=-و mV 44- η10 = با ضريب زبري 640 در مقابل الكترود Cu/Ni نشان داد. ريخت سطح و ساختار فيزيكي الكتروكاتاليست‌ها، كه با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FE-SEM) و ميكروآناليز پراش اشعه ايكس پراكنده انرژي (EDX) مورد مطالعه قرار گرفت، سطح بسيار متخلخل با منافذ شيپور مانند را نشان داد كه در آن Ni-P شبيه گل كلم وجود دارد. ساختارهاي Ni/NNPC/WS2 روي لبه‌هاي منافذ رشد كرده‌اند. اين ساختار از ضريب زبري بزرگ به‌دست‌آمده توسط EIS پشتيباني مي‌كند و مشخص شد كه مسئول فعاليت و پايداري الكترود است. پاسخ فعالترين الكترود براي HER با گذشت زمان با استفاده از كرونوپتانسيومتري بررسي شد. نتيجه پايداري خوبي (كمتر از 1.6 درصد تغيير) براي مدت 48 ساعت نشان داد.

230209

دانشگاه اصفهان

شيمي-شيمي تجزيه

رضا كريمي شروداني