پديد آورنده :
قاسمي شروداني، زيبا
عنوان :
ساخت و ارزيابي نانو كاتاليست هاي آهن و آلياژ هاي آهن-كبالت، آهن-كبالت-نيكل بر روي بسترگرافن در واكنش توليد هيدروژن
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شيمي فيزيك
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده شيمي
صفحه شمار :
پانزده، ۸۲ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمد ژياني
توصيفگر ها :
الكتروليز آب , الكتروكاتاليست آهن , واكنش آزادسازي هيدروژن , بستر گرافن , محيط قليايي
استاد داور :
كاظم كرمي، محمدمحسن مومني
تاريخ ورود اطلاعات :
1396/12/20
چكيده فارسي :
16 چكيده هيدروژن بهعنوان يك حامل انرژي ارزانقيمت در دسترس و بدون آلودگي از اهميت بسياري برخوردار است با توجه به روبه پايان بودن سوختهاي فسيلي و افزايش آلودگيهاي زيستمحيطي استفاده ازايندست سوختها به چالش كشيده است و توجه محققان را به جايگزيني پايدار جلب نموده است بدين منظور توليد سوخت هيدروژن به روش الكتروليز آب به دليل بازده باالي توليد و نداشتن آلودگي بهعنوان گزينه مناسبي مطرح ميباشد كه هيدروژن در سمت كاتد و اكسيژن در سمت آند الكترواليزرها توليد ميشود افزايش بازده واكنش آزادسازي هيدروژن و كاهش پتانسيل مازاد مصرفي از مهمترين مسائل موردبحث درزمينهي توليد هيدروژن است يكي از بهترين راهكارهاي افزايش بازده توليد هيدروژن در كاتد استفاده از الكتروكاتاليستهاي فعال ميباشد در اين پژوهش با استفاده از كاتاليست با پايه آهن و آلياژسازي با فلزات كبالت و نيكل بر روي بستر گرافن اكسيد كاهشيافته كاتاليستهايي تحت عناوين Fe0 5Co0 5 rGO FeCoNi rGO و FeCoNi N PrGO ساخته شد بهمنظور ارزيابي ساختاري اين كاتاليست از تكنيكهاي شناسايي FT IR EDS TEM SEM XRD و بهره گرفته شد همچنين براي بررسي فعاليت الكتروكاتاليستي از روشهاي ولتامتري چرخهاي و روبش خطي در محلول 1 Mol KOH بهره گرفته شد نتايج ارزيابيهاي ولتامتري چرخهاي و روبش خطي الكتروكاتاليست Fe rGO احيا شده با هيدرازين هيدرات فعاليت الكتروشيميايي مطلوب فلز آهن را در واكنش آزادسازي هيدروژن تأييد كرد به اين صورت كه پتانسيل مازاد آغازين در حدود 614 mV و پتانسيل مازاد در چگالي جريان 2 61 mA cm در حدود 231 mV و شيب تافلي حدود 676 mV به دست آمد پسازآن باهدف بهبود فعاليت الكتروكاتاليست فلز آهن با كبالت آلياژ و درصد فلزات بهينه شد الكتروكاتاليست Fe0 5Co0 5 rGO با پتانسيل مازاد آغازين در حدود 623 mV و پتانسيل مازاد در چگالي جريان 2 61 mA cm در حدود 245 mV و شيب تافلي كمتر حدود 615 mV نسبت به كاتاليست Fe rGO عملكرد بهتري از خود نشان داد نهايتا كاتاليست FeCoNi rGO باهدف بهبود فعاليت بيشتر الكتروكاتاليستي و كاهش پتانسيل مازاد مصرفي با فلز نيكل به نسبت مساوي آلياژ شد كه خوشبختانه با پتانسيل مازاد آغازين در حدود 32 mV و پتانسيل مازاد در چگالي جريان mA 2 61 cm در حدود 631 mV و شيب تافلي كمتر حدود 618 mV نسبت به سايركاتاليستهاي ساختهشده يعني Fe rGO و Fe0 5Co0 5 rGO در اين پروژه بهعنوان الكتروكاتاليست فعالتري شناخته شد در آخرين مرحله از پروژه با اصالح كردن بستر كاتاليست با عناصر N P نيز سعي بر رسيدن به باالترين بازده الكتروكاتاليستي در HER شد كه به دليل بهينه نشدن درصد عناصر فسفر و نيتروژن موفقيتآميز نبود و نتايج با الكتروكاتاليست FeCoNi rGO تفاوت چنداني نداشت الكتروكاتاليست FeCoNi N PrGO ساختهشده بعد از 115 پيمايش با پتانسيل مازاد آغازين در حدود 25 mV پتانسيل مازاد در چگالي جريان 2 61 mA cm در حدود 622mV و شيب تافلي كمتر حدود 618 mV نسبت به FeCoNi rGO داراي عملكرد مشابهي ميباشد كليدواژه الكتروليز آب الكتروكاتاليست آهن واكنش آزادسازي هيدروژن بستر گرافن محيط قليايي
چكيده انگليسي :
72 Synthesis and evaluation of Fe Nano catalysts and its alloys Fe rGO FeCo rGO and FeCoNi rGO on the graphene support for hydrogen evolution reaction Ziba Ghasemi Shervedani Zibaghasemi1371@gmail com January of 2018 Department of chemistry Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language Farsi Supervisor Dr Mohammad Zhiani mohammad zhiani@gmail comAbstractHydrogen is a low cost available and non polluting energy carrier Due to the non renewability offossil fuels and increasing of environmental pollutions using of these fuels has been challengedand therefore many researchers have been devoted on the finding a sustainable replacement Theproduction of hydrogen fuel by water electrolysis is considered as an appropriate option due to itshigh efficiency and eco friendly In this method hydrogen and oxygen are produced in the cathodeand anode respectively One of the main issues in this technology is enhancement of hydrogenevolution reaction efficiency and reducing of overpotentials Using active electrocatalysts is one ofthe best ways to increase the efficiency of hydrogen production In this study iron was alloyed withcobalt and nickel metals on the reduced graphene oxide substrate In this way the prepared sampleswere FeCoNi rGO Fe0 5Co0 5 rGO and FeCoNi N PrGO The structure of these catalysts hasevaluated by XRD SEM TEM EDS and FT IR techniques Electrocatalytic activities of thesamples were also investigated by cyclic voltammetry and linear sweep voltammetry in 1 Mpotassium hydroxide The evaluation results of cyclic voltammetry and linear sweep voltammetryof Fe rGO made by hydrazine hydrate confirmed the efficiency of this electrocatalyst in thehydrogen evolution reaction Fe rGO in electrochemical measurements showed the onset overpotential of 164 mV overpotential of 290 mV at the current densiy of 10 mA cm 2 and a tafelslope of 171 mV dec 1 Thus to improve the electrocatalyst activity the iron metal alloyed withcobalt and then the incorporated metals percentage were optimized The Fe0 5Co0 5 rGOelectrocatalyst showed the initial overpotential and an overpotential at the current density of 10mA cm 2 equal to 129 mV and 245 mV respectively It also showed the tafel slope of 165 mVdec 1 which was a higher performance than Fe rGO Finally the FeCoNi rGO electrocatalyst wassynthesized to improve the electrocatalytic activity and reduce the overpotentials Thiselectrocatalyst showed an initial overpotential of 32 mV the overpotential of 136 mV at thecurrent density of 10 mA cm 2 as well as the tafel slope of 108 mVdec 1 which were lower incomparison of other investigated samples Finally through modifying of catalyst substrate it alsotried to achieve the highest electrocatalytic efficiency in HER This section was not successful dueto not optimization of P and N elements percentage The obtained results were not significantlydifferent with FeCoNi rGO electrocatalyst FeCoNi N PrGO electrocatalyst showed the onsetoverpotential of 25 mV after 500 CV cycles It also showed an overpotential of 122 mV at thecurrent density of 10 mA cm 2 as well as a tafel slope of 108 mV dec 1 All mentioned values werelower than obtained values for FeCoNi rGO Key Word water spliting Iron Electrocatalyst HER Graphene support Alkaline
استاد راهنما :
محمد ژياني
استاد داور :
كاظم كرمي، محمدمحسن مومني
