19546

16896

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1403

(سيزده، 87ص. : مصور، جدول، نمودار

1403/05/13

كتابنامه

مهندسي مواد

مهندسي مواد

1403/05/13

23050520

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.

Environmental pollution caused by the use of fossil fuels is one of the most important global problems that has caused widespread problems. Various methods and materials have been proposed to replace these fuels to deal with environmental degradation and are evolving. Hydrogen is one of them which is produced in many ways. Electrolysis is an important method for producing hydrogen by splitting water, which has the ability to produce more than other methods and is compatible with the environment. Due to its slow kinetics, the oxygen reduction half-reaction is the rate-limiting step in the water dissociation reaction. In other words, the overall speed of the reaction is determined by the oxygen reduction rate. The use of PGM-free catalysts is a promising alternative to traditional PGM catalysts, which have limitations due to their high price, scarcity, and negative environmental effects. Nickel-iron catalysts are a class of inexpensive, abundant, and active catalysts that can be used in water separation applications. In this research, nickel-iron nanowires were synthesized by electroplating method under magnetic fieldon nickel foam substrate and time and concentration parameters were optimized. The optimized sample with 1.4 mg of mass loaded on the surface at a potential of 1.41 V achieved a current density of 10 mAcm-2 with an overpotential of 90 mV and a current density of 920 mAcm-2 at a potential of 2 V. The TOEFL slope of catalyst 28mV.dec-1 28 in the OER section and 30mV.dec-1 in the HER section indicates the proper kinetic performance of this catalyst. Optimum superhydrophobic catalyst that led to facilitate the kinetics of the reaction in contrast to the hydrophobic substrate. The electrochemical active surface area of the optimal sample is equal to 650 cm2, which is more than 16 times more than the selected substrate with an electrochemical active area of 40 cm2. . The stability test for 3 hours at a current of 1 amp showed a change of only 3 millivolts. The step test had a change rate of 0.01 V compared to the initial step. The set of parameters and variables designed and built in this research can be an important step towards a type of industrial electrolysis for large-scale hydrogen production with water splitting.

مهران نحوي

كيوان رئيسي , عبدالمجيد اسلامي