توصيفگر ها :
انرژي , اكسيد با آنتروپي بالا , واكنش ازادسازي هيدروژن , الكتروكاتاليست , اكسايش آمونياك
چكيده فارسي :
رشد روز افزون نياز جهاني به انرژي، ضرورت توسعهي منابع پايدار، كارآمد و در عين حال سازگار با محيط زيست را بيش از پيش آشكار ساخته است. در اين ميان، آلياژهاي با آنتروپي بالا و به دنبال آن اكسيدهاي با آنتروپي بالا بهعنوان نسل جديدي از مواد پيشرفته مطرح شدهاند. اين دسته از مواد به دليل ساختار پايدار و ويژگيهاي منحصربهفرد شيميفيزيكي ، قابليت كاربرد گستردهاي در فرآيندهاي الكتروكاتاليتيكي دارند. اين اكسيدها ميتوانند در واكنشهاي كليدي مانند شكافت آب و اكسايش آمونياك، بهمنظور توليد هيدروژن بهعنوان يك حامل انرژي پاك و تجديدپذير، مورد استفاده قرار گيرند. با توجه به نقش حياتي هيدروژن در آيندهي سيستمهاي انرژي، توسعهي الكتروكاتاليستهاي پايدار، كمهزينه و با بازده بالا بر پايهي اكسيدهاي با آنتروپي بالا، افقهاي نويني را در مسير دستيابي به فناوريهاي سبز و اقتصاد هيدروژني ترسيم ميكند. در اين پژوهش، به تهيه يك اكسيد با آنتروپي بالا با استفاده از فلزهاي در دسترس و ارزان شامل منگنز، كبالت، نيكل، مس و روي با يك مسير نوين و سبز به عنوان الكتروكاتاليستي پايدار و كمهزينه براي تهيهي هيدروژن از واكنش اكسايش آمونياك پرداخته شده است. در اين مسير، از پنج فلز ارزان و در دسترس كمپلكسهاي كاتيوني و آنيوني تهيه شده است. كمپلكسهاي كاتيوني شامل [Cu(en)2](NO3)2، [Ni(en)3](NO3)2، [Co(en)3](NO3)2، [Zn(en)3](NO3)2 و [Mn(urea)₆]Cl₂ و كمپلكسهاي آنيوني شامل Na2[Ni(EDTA)]، Na2[Co(EDTA)]، Na2[Cu(EDTA)]، Na2[Zn(EDTA)] و Na2[Mn(EDTA)] هستند. اين كمپلكسها در ژل كتيرا كه كاملا سازگار با محيط زيست است تركيب شده و تحت فرآيند كلسينه شدن قرار گرفتند. در مرحلهي بعد اكسيد فلز با آنتروپي بالاي به دست آمده با استفاده از آزمونهاي FT-IR، FE-SEM، ICP و XRD شناسايي شد. در ادامه، عملكرد الكتروكاتاليستي نمونهي تهيه شده به صورت قطرهگذاري شده روي الكترود فوم نيكل در الكتروليت 2/0 مولار آمونياك و 1 مولار سود در واكنش آزادسازي هيدروژن از اكسايش آمونياك (AOR) به دقت بررسي شد. نتايج نشان ميدهند كه اكسيد با آنتروپي بالاي سنتز شده در چگالي جريان mA/cm2 10 داراي پتانسيل اضافي mV73/1 بوده و فعاليت قابل توجهي را در واكنش توليد هيدروژن ازخود نشان داده است. علاوه بر اين، الكتروكاتاليست در آزمون پايداري به مدت 12 ساعت رفتار پايداري را نشان داده است. همچنين مقايسهي طيف امپدانس به دست آمده از فوم نيكل قطرهگذاري شده نسبت به فوم شاهد داراي قطر نيمدايرهي كوچكتر است كه نشان دهندهي هدايت بهتر و كاهش مقاومت انتقال بار است.
چكيده انگليسي :
The escalating global demand for energy underscores the urgent need to develop sustainable, efficient, and environmentally compatible resources. Within this framework, high-entropy alloys, and more recently high-entropy oxides, have emerged as a new generation of advanced materials. Benefiting from their structural stability and distinctive physicochemical properties, these oxides hold remarkable promise for diverse electrocatalytic processes. They can be effectively employed in pivotal reactions such as water splitting and ammonia oxidation (AOR) to generate hydrogen, a clean and renewable energy carrier. Given hydrogen’s pivotal role in the future of energy systems, the design of durable, low-cost, and high-performance electrocatalysts based on high-entropy oxides opens promising horizons toward green technologies and hydrogen economy.
In this study, a high-entropy oxide was synthesized through a novel, green friendly route using abundant and inexpensive metals, including manganese, cobalt, nickel, copper, and zinc. The approach involved preparing cationic and anionic complexes of the selected metals. The cationic complexes include [Cu(en)2](NO3)2, [Ni(en)3](NO3)2, [Co(en)3](NO3)2, [Zn(en)3](NO3)2, and [Mn(urea)₆]Cl₂, while the anionic complexes consist of Na₂[Ni(EDTA)], Na₂[Co(EDTA)], Na₂[Cu(EDTA)], Na₂[Zn(EDTA)], and Na₂[Mn(EDTA)], embedding them into a biocompatible tragacanth gel, and subsequently subjecting the obtained complexes to calcination. The resulting materials were thoroughly characterized using FT-IR, FE-SEM, ICP, and XRD techniques. Furthermore, the electrocatalytic performance of the synthesized high- entropy oxide was rigorously evaluated by drop-casting onto nickel foam electrodes and tested in 0.2 M ammonia and 1 M NaOH electrolyte during the hydrogen evolution reaction. The results indicate that the high-entropy oxide exhibits an overpotential of 713 mV at a current density of 10 mA/cm² and demonstrates significant activity toward the hydrogen evolution reaction. Moreover, the electrocatalyst maintains stable performance during a 12-hour stability test. Additionally, a comparison of the electrochemical impedance spectra shows that the drop-cast nickel foam exhibits a smaller semicircle diameter compared to the bare foam, indicating improved conductivity and reduced charge-transfer resistance.