شماره راهنما :
1572 دكتري
پديد آورنده :
فاضل زرندي، ريحانه
عنوان :
كاهش الكتروشيميايي CO2 توسط الكتروكاتاليستهاي فلزي و بر پايه گرافن اصلاح شده و بررسي رفتار ابرخازني نانوكامپوزيت گرافن پليمري سنتز شده
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
شانزده،141 ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
بهزاد رضايي، حسن قاضي عسكر
استاد مشاور :
علي اصغر انصافي
توصيفگر ها :
كاهش الكتروشيميايي CO2 , نانوفوم مس , PtNPs@His-rGO , هم افزايي , CuNPs@NB-rGO , ابرخازن , نانوكامپوزيت GO-PCHRYS , الكتروكاتاليست , تركيب هتروسيكليك حاوي نيتروژن , Nile blue , BMIMB , ظرفيت خازني , چگالي قدرت , چگالي انرژي
استاد داور :
اسماعيل شمس سولاري، محمد ژياني، كيومرث زرگوش
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/02/29
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/03/06
چكيده فارسي :
چكيده هدف كلي اين رساله كاهش الكتروشيميايي كربندياكسيد 2 CO و تبديل پربازده آن به تركيبات با ارزش افزوده با استفاده از الكتروكاتاليستهاي فلزي و گرافن عاملدار شده و همچنين سنتز نانوكامپوزيت پليمري بر پايه گرافن و بررسي عملكرد آن در ابرخازنها ميباشد در نخستين پژوهش اثر همافزايي1 مايع يوني 1 بوتيل 9 متيل ايميدازوليوم بروميد BMIMB و نانوفوم مس در كاهش الكتروشيميايي 2 CO مورد بررسي قرار گرفت در اين بررسي مشاهده شد كه تخلخل باالي نانوفوم مس و اثر پايداركنندگي BMIMB در جذب و كاهش مؤثر 2 CO نقش بسزايي را ايفا ميكنند بهطوريكه در شرايط بهينه با استفاده از نانوفوم مس اليهنشاني شده به مدت 54 ثانيه و الكتروليت 1 1 موالر 3 KHCO حاوي 14 ميليموالر BMIMB و در پتانسيل 6 1 ولت نسبت به الكترود Ag AgCl KClsat بازده كاهش كربندياكسيد 64 نسبت به مطالعه قبلي كه در آن تنها از نانوفوم مس استفاده شده بود ارتقا يافت و محصول شاخص به دست آمده اتانول با بازده فارادهاي 34 بود در تحقيق دوم از الكترود كربن شيشهاي اصالح شده با گرافن اكسيد كاهش يافته rGO عاملدار شده با هيستامين و تزئين شده با نانوذرات پالتين الكترواليه نشاني شده PtNPs@His rGO GCE جهت كاهش الكتروشيميايي كربندياكسيد استفاده شد عاملدار كردن rGO با تركيبات هتروسيكليك حاوي نيتروژن تاثير بسزايي در جذب و پايدار نمودن كربندياكسيد بر روي سطح الكتروكاتاليست دارد چنانكه اين گاز فرصت كافي براي دريافت الكترون مورد نياز جهت تبديل به محصوالتي پيچيدهتر از متان و كربن مونو اكسيد خواهد داشت در اين پژوهش در شرايط بهينه pH برابر با 2 پتانسيل اعمالي 9 1 ولت نسبت به Ag AgCl KClsat و مقدار نانوذرات پالتين اليه نشاني شده2 5 12 11 2 mol cm محصول الكتروليز كربندياكسيد به طور عمده متانول با بازده فارادهاي 29 بود و توليد محصوالت گازي به علت اعمال پتانسيل پايين به شدت كاهش يافت در سومين پژوهش همانند تحقيق دوم از فرايند عاملدار كردن rGO در اصالح ساختار آن جهت الكتروليز موثر 2 CO استفاده شد به همين منظور تركيب نايل بلو Nile blue كه عضوي از خانواده تركيبات نيتروژني هتروسيكليك رنگي است مورد استفاده قرار گرفت الكترود استفاده شده شامل بستري از مس خالص با مساحت2 1 cm بودكه بر روي آن rGO اصالح شده با نايل بلو حامل نانو ذرات مس CuNPs@NB rGO نشانده شده بود حضور نايل بلو در ساختار rGO باعث افزايش جذب 2 CO بر روي بستر كاتاليستي و بهبود فعاليت rGO ميشود و نانوذرات مس نيز عالوه بر فراهم آوردن مساحت سطح باال شرايط مناسبي را براي توليد تركيبات هيدرو كربني و اكسيژن دار فراهم ميسازند در شرايط بهينه بازده فارادهاي كل براي توليد محصوالت مايع و گازي به ترتيب برابر با 12 و 61 بود در پژوهش چهارم كاربرد يك تركيب پليمري هتروسيكليك بر پايه گرافن در ساختار ابر خازنها مورد بررسي قرار گرفت بدين سبب از روش ساده پليمريزاسيون اكسايشي استفاده شد و تركيب نيتروژندار كنژوگه كريسويدين Chrysoidine در حضور GO به نانوكامپوزيت پليمري گرافن اكسيد پلي كريسويدين GO PCHRYS تبديل شد سپس عملكرد ابر خازني نانوكامپوزيت تهيه شده مورد بررسي قرار گرفت و نتايج نشان داد كه جز پليمري نانوكامپوزيت نقش بسزايي در بهبود خواص ابر خازني تركيب گرافني دارد در ساختار نانوكامپوزيت وجود تجمع هاي پليمري كنژوگه در بين صفحات GO مشاهده ميشود كه باعث اتصال اين صفحات و افزايش محتوي بار الكتريكي ميگردد نانوكامپوزيت GO PCHRYS در چگالي جريان 1 1 5 A g ظرفيت خازني1 1123 29 F g چگالي توان و انرژي 1 915 16 W kg و 1 111 42 Wh kg را ارائه ميدهد كه در مقايسه با ساير ابرخازنهاي گرافني گزارش شده اين نتايج كامال قابل قبول هستند كلمات كليدي كاهش الكتروشيميايي 2 CO نانوفوم مس BMIMB همافزايي PtNPs@His rGO الكتروكاتاليست تركيب هتروسيكليك حاوي نيتروژن ابر خازن Chrysoidine CuNPs@NB rGO Nile blue نانوكامپوزيت GO PCHRYS ظرفيت خازني چگالي قدرت چگالي انرژي 1 Synergic
چكيده انگليسي :
111 Electrochemical reduction of CO2 by metal and modified graphene electrocatalysts and evaluation of supercapacitor properties of a graphene polymer nanocomposite Reyhaneh Fazel Zarandi Email reihaneh fazel@ch iut ac ir January 2020 Department of Chemistry Isfahan University of Technology 84156 83111 Isfahan IranSupervisor 1 Prof Behzad Rezaei E mail Rezaei@cc iut ac irSupervisor 2 Prof H S Ghaziaskar E mail ghazi@cc iut ac irAdvisor Prof Ali A Ensafi Department Graduate Program Coordinator Department of Chemistry Isfahan University of Technology 84156 83111 Isfahan Iran Tel 98 31 33912369 Fax 98 31 33912350 Abstract In this dissertation the main purpose is efficient electrochemical CO2 reduction to produce valueadded compounds using metal and graphene based electrocatalysts Also it covers the synthesis of agraphene based polymeric nanocomposite and its utilization in supercapacitor applications In thefirst part an electrochemical system based on copper nanofoam accompanied by 1 butyl 3 methyl imidazolium bromide BMIMB as the homogeneous co catalyst for the electrochemical conversionof CO2 at ambient pressure and temperature was developed Although there have been some effortsfor utilization of copper nanofoam or imidazolium based catalysts toward the electro reduction ofCO2 evaluation of both catalysts to take advantage of the potential synergic effect of theircombination would be an interesting aspect The electroreduction of CO2 in a CO2 saturated 0 1MKHCO3 electrolyte was optimized based on the highest CO2 conversion efficiency in variousconditions The results show that the copper nanoporous foam deposited for45 s with thecontribution of 40mM BMIMB at 1 6 V vs Ag AgCl would effectively reduce CO2 and demonstratea high CO2 faradaic efficiency i e more than 46 improvement compared to similar previouslyreported experiment The results confirm the applicability of this experiment as a developed methodfor efficient CO2 reduction In the second part a novel electrocatalyst consisting of platinumnanoparticles on histamine reduced graphene oxide plates Pt@His rGO supported by a glassycarbon GC substrate for the electrochemical conversion of CO2 to methanol has been developed The nanocomposite was optimized in applied pH potential CO2 purging time and platinum loading for the highest current densities and faradaic efficiencies toward methanol production The bestresults were obtained in a solution containing KNO3 0 1 mol dm 3 at the pH of 2 0 the appliedpotential of 0 3 V vs Ag AgCl KClsat CO2 purging duration of 30 min and Pt loading of 5 17 10 7 mol cm 2 The faradaic efficiency of 37 was obtained for methanol production The remarkableactivity toward alcohol production due to the application of a low potential to limit gaseous productsand high CO2 intermediates stabilization of presented electrocatalyst may make this nanocompositea promising mean for fuel production to address environment and climate change challenges In thethird part a modified carbonaceous nanocomposite was prepared using Nile blue functionalizedreduced graphene oxide rGO decorated by copper nanoparticles CuNPs@NB rGO This uniquegraphene oxide GO based electrocatalyst was cast on a copper plate electrode and employed forefficient conversion of CO2 to valuable products via electrochemical reduction in term of energysaving The application of the represented electro catalyst increased the electroactivity of thesubstrate toward the production of multi carbon species with higher selectivity The CuNPs@NB
استاد راهنما :
بهزاد رضايي، حسن قاضي عسكر
استاد مشاور :
علي اصغر انصافي
استاد داور :
اسماعيل شمس سولاري، محمد ژياني، كيومرث زرگوش
