پديد آورنده :
فرزين پور، فرزانه
عنوان :
سنتز و بررسي خواص الكتروشيميايي نانوساختارهاي سه بعدي بر پايه ساختار سه فلزي نيكل-كبالت-واناديم و گرافن‌اكسيد به منظور استفاده در واكنش آزادسازي اكسيژن و هيدروژن و ابرخازن
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شيمي تجزيه
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 61ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
علي اصغر انصافي
استاد مشاور :
بهزاد رضايي
توصيفگر ها :
چارچوب فلز-آلي , الكتروكاتاليست واكنش آزادسازي اكسيژن و هيدروژن , ابرخازن , الكتروكاتاليست
استاد داور :
اسماعيل حيدري بفرويي ، محمد سراجي
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/12/15
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/12/17
چكيده فارسي :
در بخش اول اين پايان نامه ابتدا كره‌هاي نيكل-كبالت گليسرات سنتزشد. در مرحله‌ي بعد اين كره‌ها با گرافن اكسيد دوپ شده با فسفر، كامپوزيت شدند و آمونيوم وانادات تحت شرايط رفلاكس به آن‌ها افزوده شد. جهت بهبود عملكرد الكتروكاتاليست تهيه شده
Ni-Co-V@PrGO مقدار مناسبي از گرافن اكسيد دوپ شده با فسفر انتخاب شد. الكتروكاتاليست سنتزشده توسط روش‌هاي طيف سنجي اشعه‌ايكس (XRD)، تفرق اشعه‌ايكس (EDX)، طيف سنجي رامان (Raman)، طيف سنجي مادون قرمز FT-IR))، ميكروسكوپ الكتروني عبوري TEM)) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي ((SEM مشخصه‌يابي شد. توانايي نانوساختار ساخته شده در واكنش آزادسازي هيدروژن در دو محيط اسيدي و بازي توسط تكنيك‌هاي ولتامتري پيمايش خطي، چرخه‌اي، كرونوآمپرومتري و طيف سنجي مقاومت ظاهري الكتروشيميايي مورد بررسي قرار گرفته و جهت بررسي‌هاي مناسب آزمايشات توسط دو الكترود همراه پلاتين و گرافيت صورت پذيرفت. نتايج حاصل از اين بررسي‌ها نشان داد كه الكتروكاتاليست سنتزشده‌ي Ni-Co-V@PrGO داراي عملكرد خوبي در هردو محيط پتاسيم هيدروكسيد 0/1 مولار و سولفوريك اسيد 5/0 مولار بوده و پايداري خوبي را پس از گذشت 1000 ولتاموگرام چرخه‌اي از خود نشان مي‌دهد. اضافه پتانسيل در دانسيته جريان mA.cm-2 10 در محيط اسيدي برابر با mV193 و در محيط بازي mV 175 (نسبت به الكترود همراه پلاتين) بدست آمد.
در بخش دوم اين پايان نامه پس از سنتز كره‌هاي نيكل-كبالت گليسرات، از آن‌ها به عنوان پيش‌ماده‌هاي نانوكامپوزيت
NiCo2S4@V-MIL-rGO استفاده و فعاليت آن به عنوان ابرخازن مورد بررسي قرارگرفت. ابتدا با افزودن تيواستاميد به كره‌هاي
نيكل-كبالت گليسرات كره‌هاي تودرتوي نيكل-كبالت سولفيد سنتزشد و جهت بهبود بلورينگي آن‌ها تحت جو نيتروژن به مدت نيم ساعت در دماي 300 درجه‌ي سانتي گراد قرار گرفتند. در مرحله‌ي بعد، چارچوب فلز-آلي V-MIL-rGO، از طريق واكنش بين واناديم كلريد به همراه گرافن اكسيد و ليگاند بنزن 3،5، 1– تري كربوكسيليك اسيد تشكيل شد. در نهايت با كامپوزيت كردن آن با كره‌هاي تودرتوي نيكل-كبالت سولفيد، نانوكامپوزيت نهايي سنتز شد. در نهايت عملكرد نانوكامپوزيت با تغيير نسبت كره‌هاي نيكل-كبالت سولفيد و V-MOF-rGO مورد بررسي قرارگرفت. نانوكامپوزيت سنتز شده با روش‌هاي طيف سنجي اشعه ايكس، تفرق اشعه ايكس، طيف سنجي رامان و ميكروسكوپ الكتروني روبشي مشخصه‌يابي شد. عملكرد الكتروكاتاليست سنتزشده بعنوان ابرخازن با تكنيك‌هاي ولتامتري پيمايش خطي، چرخه‌اي، كرونوآمپرومتري، كرونوپتانسيومتري و طيف سنجي مقاومت ظاهري الكتروشيميايي مورد بررسي قرارگرفت. برطبق تصاوير بدست آمده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي، حضور نانولوله‌هاي واناديم بين كره‌هاي تو در توي نيكل-كبالت سولفيد به خوبي مشاهده مي‌شود. براي الكترود اصلاح شده ظرفيت خازني برابر با 1844 فاراد برگرم بدست آمد.
در بخش سوم مطابق روش قبل چارچوب فلز-آلي با پيش ماده‌هاي واناديم كلريد، ليگاند بنزن 3،5،1– تري كربوكسيليك اسيد، گرافن اكسيد و فيتيك اسيد سنتزشد و در مرحله‌ي بعد نانوكامپوزيت P-doped-V-MIL@GO بعنوان الكتروكاتاليست نهايي در واكنش آزادسازي اكسيژن مورد بررسي قرارگرفت و جهت بهبود عملكرد الكتروكاتاليست P-doped-V-MIL@GO سنتزشده، نسبت گرافن‌اكسيد در آن بهينه شد. اضافه پتانسيل در دانسيته جريانmA.cm-2 10 بعد از گذشت 50 چرخه برابر با mV261 و بعد از گذشت 1000 چرخه برابر با mV 160 بدست‌آمد.
چكيده انگليسي :
The rapid increase in the global energy demand has been driving the research exploration of new materials and technologies for energy storage and clean energy sources. For this purpose, several nanocomposites were synthesized, and their electrochemical behaviors were investigated for using as electrochemical supercapacitors and electrocatalysts in hydrogen and oxygen evolution reactions.
The first study was investigation of Ni-Co-V@PrGO as an electrocatalyst toward the hydrogen evolution reaction (HER). The Tafel slope of 367 and 227 mV dec-1 were calculated (counter electrode: graphite)in 0.5 mol L–1 H2SO4 solution and 1.0 mol L-1 KOH, respectively. Besides, this nanocomposite has high stability in acidic and alkaline media after 1000 continuous cycles.
In the second study, NiCo2S4@V-MIL-rGO was used to study the characteristic features of the electrochemical supercapacitor. It represented a rather high specific capacitance of 1867 F g−1 at a current density of 1.0 A g−1. Moreover, the maximum energy and power density were obtained 8000 Wh kg-1 and 33.68 kW kg-1, respectively, in the asymmetric supercapacitor device. Also, the life cycle study for over 3000 consecutive charge/discharge cycles indicated a 97.8% stability of this composite.
In the last study, p-doped-V-MIL@PrGO was fabricated as a highly efficient electrocatalyst for water oxidation in an alkaline electrolyte. The electrocatalyst exhibited excellent OER activity 261 mV overpotential approaching a current density of 10 mA/cm2 in a 3.0 M KOH aqueous solution.
The results of these researches present a simple and efficient high-performance electrocatalyst toward HER and OER and electrocatalyst as a supercapacitor.
Keywords:hydrogen and oxygen evolution reaction, supercapacitors, electrocatalysts, phosphorus-doped graphene oxide.
استاد راهنما :
علي اصغر انصافي
استاد مشاور :
بهزاد رضايي
استاد داور :
اسماعيل حيدري بفرويي ، محمد سراجي
