توصيفگر ها :
واكنش توليد هيدروژن , شكافت الكتروكاتاليستي آب , رسوب‌دهي فيزيكي فاز بخار , سولفيد موليبدن
چكيده فارسي :
در جهان امروز ما به دليل توليد آلودگي‌هاي فراوان توسط سوخت‌هاي رو به اتمام فسيلي تلاش‌هاي زيادي براي جايگزين كردن هيدروژن به‌جاي آن‌ها انجام شده است. به منظور توليد هيدروژن در فرايند شكافت آب به كاتاليستي نياز است كه يكي از در دسترس‌ترين و مقرون به‌صرفه‌ترين مواد، سولفيد موليبدن است. در اين پژوهش به منظور بهبود عملكرد كاتاليستي سولفيد موليبدن، سه عنصر نيكل، كبالت و مس با استفاده از فرايند پوشش‌دهي هم‌زمان در دستگاه رسوب‌دهي فيزيكي فاز بخار به پوشش كاتاليستي ساخته شده اضافه شد و اثرات آن مورد بررسي قرار گرفت. براي بررسي تركيب، توزيع عناصر مختلف و ضخامت پوشش كاتاليستي به ترتيب از آناليز الگوهاي پراش پرتوايكس (XRD)، تصاوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي (SEM) و تصاوير ميكروسكوپي الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM) استفاده شد. به منظور بررسي خواص كاتاليستي نيز آزمون‌هاي ولتامتري روبش خطي (LSV)، ولتامتري چرخه‌اي (CV)، طيف‌سنجي امپدانس الكتروشيميايي (EIS) و كرونوآمپرومتري (CA) انجام شد. در پژوهش حاضر چهار دسته كاتاليست اصلي ساخته شد كه عبارتند از: كاتاليست سولفيد موليبدن، كاتاليست سولفيد موليبدن حاوي نيكل، كاتاليست سولفيد موليبدن حاوي كبالت و كاتاليست سولفيد موليبدن حاوي مس. با توجه به نتايج آزمون‌هاي الكتروشيميايي انجام شده با افزودن نيكل، كبالت و مس، به ترتيب خواص كاتاليستي نسبت به سولفيد موليبدن خالص افزايش يافت. در شرايطي كه مس به سولفيد موليبدن اضافه شد؛ مقدار پتانسيل اضافي موردنياز براي ايجاد جريان 5 ميلي‌آمپر بر سانتي‌مترمربع (_5) برابر 592 ميلي ولت بود؛ درحالي‌كه اين مقدار براي كاتاليست سولفيد موليبدن خالص برابر 876 ميلي‌ولت است. از طرفي ميزان شيب تافلي كه معياري براي بررسي سينتيك كاتاليست است، براي سولفيد موليبدن حاوي مس برابرmV/decade 60 است؛ درحالي‌كه اين مقدار براي سولفيد موليبدن خالص برابر mV/decade 128 مي‌باشد. علاوه بر اين مساحت فعال الكتروشيميايي (ECSA) با استفاده از نتايج آزمون ولتامتري چرخه‌اي براي كاتاليست سولفيد موليبدن حاوي مس نسبت به كاتاليست سولفيد موليبدن خالص 6/6 برابر شده است. طبق آزمايش‌ها مقدارCPE-T براي كاتاليست سولفيد موليبدن حاوي مس 7/11 برابر كاتاليست سولفيد موليبدن خالص به دست آمده است. از طرفي ميزان مقاومت لايه دوگانه الكتريكي (Rct) هم براي كاتاليست سولفيد موليبدن حاوي مس نسبت به كاتاليست سولفيد موليبدن خالص حدود 98 درصد كاهش يافته است. با توجه به نتايج آزمون‌هاي CV به همراه LSV و آزمون CA ، كاتاليست‌ها پايداري مطلوبي از لحاظ الكتروكاتاليستي نيز دارند. در نتيجه كاتاليست سولفيد موليبدن حاوي مس بهترين عملكرد كاتاليستي را براي توليد هيدروژن در فرايند شكافت آب دارد.
چكيده انگليسي :
Hydrogen evolution reaction represents a highly auspicious avenue for generating energy in a manner distinct from conventional fuel sources. MoS2, one of the primary catalysts employed in the hydrogen evolution reaction (HER), is harnessed for its unique properties. The main objective of this investigation revolves around the augmentation of MoS2's electrocatalytic activities through the inclusion of various additives, including Nickel (Ni), Cobalt (Co), and Copper (Cu). The deposition of a MoS2 layer onto an Indium Tin Oxide (ITO) substrate is achieved through Co-sputtering physical vapor deposition (PVD). for analyzing the stability, activity, and microstructure of the resulting catalyst, an array of analytical techniques is employed, namely cyclic voltammetry (CV), linear sweep voltammetry (LSV), chronoamperometry (CA), Tofel slope analysis, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and field emission scanning electron microscopy (FESEM). The obtained outcomes demonstrate that the inclusion of all three divers additives has noticeably augmented the electrocatalytic effectiveness of the catalysts composed of MoS2. In comparison to nickel and cobalt, copper exhibits more promising results. The computed overpotential required to attain a current density of 5 mA/cm2 was 592 mV, which is lower than the value of 876 mV observed for MoS2. Moreover, the Tafel slope was determined to be 60 mV/decade subsequent to the addition of copper, whereas it was 128 mV/decade prior to the inclusion of copper. Additionally, the electrochemical active surface area (ECSA) experienced a 6.6-fold increase following the addition of copper to MoS2. In conclusion, the inclusion of nickel, cobalt, and copper into MoS2 has significantly enhanced the electrocatalytic activity and stability of the MoS2 catalysts, resulting in substantial advancements in the field of hydrogen evolution reaction (HER).
