16603

14740

كارشناسي ارشد

شيمي تجزيه

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1400

چهارده، 61ص. : مصور (رنگي)، جدول، نمودار

علي اصغر انصافي

بهزاد رضايي

محمدتقي جعفري، اسماعيل حيدري بفرويي

1400/06/30

كتابنامه

شيمي

شيمي

1400/06/30

2739030

در اين پايان نامه، جهت تهيه الكتروكاتاليست مناسب به منظور توليد هيدروژن از اصلاح ساختار گرافن اكسيد و افزايش مساحت سطح و تخلخل آن از نانوساختار گرافن اكسيد سه بعدي كاهش يافته استفاده شد. نانوساختارهاي گرافن اكسيد سه بعدي كاهش يافته در پژوهش اول توسط ميانجي‌گري فلزات نيكل، كبالت و موليبدن در نسبت‌هاي مختلف و در پژوهش دوم توسط دوهيدروكسيدهاي لايه¬اي نيكل و موليبدن سنتز شدند. نانوساختارهاي سه بعدي سنتز شده توسط روش‌هاي متنوعي از جمله طيف سنجي مادون قرمز، پراش اشعه ايكس، پراكندگي انرژي اشعه ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و عبوري، ولتامتري چرخه‌اي و طيف سنجي مقاومت ظاهري الكتروشيميايي در محلول رديابFe(CN)6 3-/4- مورد ارزيابي قرار گرفتند. در پژوهش اول بررسي توپولوژي سطح الكترود اصلاح شده نسبت به الكترود اصلاح نشده، حاكي از افزايش پستي و بلندي در سطح الكترود اصلاح شده است كه منجر به افزايش قابل توجه سطح الكترود پس از اصلاح مي‌شود. مساحت سطح فعال الكتروشيميايي بدست آمده توسط معادله راندل- سوكيك افزايش 5 برابري مساحت سطح الكترود را نشان مي‌دهد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي و عبوري به خوبي ساختار گل مانند و مچاله شده صفحات گرافن اكسيد كاهش يافته را به همراه تركيبات فلزي نشان مي‌دهد كه حاكي از متخلخل بودن نانوساختار گرافن اكسيد سه بعدي كاهش يافته است. در نهايت عملكرد نانوساختار سه بعدي سنتز شده در واكنش آزاد سازي هيدروژن در محلول 5/0 مولار سولفوريك اسيد مورد بررسي قرار گرفت. همچنين به منظور بررسي صحيح‌تر رفتار الكتروكاتاليستي نانوكامپوزيت تهيه شده از دو الكترود مقابل پلاتين و گرافيت استفاده شده است. جهت دستيابي به دانسيته جريان 10 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع به پتانسيل هاي 09/0- و 25/0- ولت (نسبت به RHE) به ترتيب براي الكترود مقابل پلاتين و گرافيت كه نزديك به پلاتين تجاري (06/0- ولت) است نياز بود. شيب تافل(mV dec-1) 68 و110 براي الكترود مقابل پلاتين و گرافيت به دست آمد. بنابراين سينتيك واكنش آزادسازي هيدروژن از مكانيسم والمر-هيروفسكي پيش مي‌رود. الكترود اصلاح شده توسط نانوكامپوزيت پايداري قابل توجهي را بعد از گذشت 1000 چرخه پي در پي و كاركرد طولاني مدت (12 ساعت) در پتانسيل 42/0- ولت (نسبت به RHE) از خود نشان داده است. در پژوهش دوم مساحت سطح فعال الكتروشيميايي بدست آمده افزايش 2 برابري مساحت سطح الكترود اصلاح شده را نشان مي‌دهد. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي و عبوري به خوبي ساختار مچاله شده صفحات گرافن اكسيد كاهش يافته را به همراه دوهيدروكسيدهاي لايه¬اي نيكل و موليبدن نشان مي‌دهد كه حاكي از متخلخل بودن نانوساختارگرافن اكسيد سه بعدي كاهش يافته است. در نهايت عملكرد نانوساختار سه بعدي سنتز شده در واكنش آزاد سازي هيدروژن در محلول 0/1 مولار پتاسيم هيدروكسيد مورد ارزيابي قرار گرفت. همچنين به منظور بررسي صحيح‌تر رفتار الكتروكاتاليستي نانوكامپوزيت تهيه شده از دو الكترود مقابل پلاتين و گرافيت استفاده شده است. جهت دستيابي به دانسيته جريان 10 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع به پتانسيل هاي 13/0- و 22/0- ولت (نسبت به RHE) به ترتيب براي الكترود مقابل پلاتين و گرافيت احتياج است. شيب تافل (mV dec-1) 140 و 250 براي الكترود مقابل پلاتين و گرافيت به دست آمد. بنابراين سينتيك واكنش آزادسازي هيدروژن از مكانيسم والمر-هيروفسكي پيش مي‌رود. الكترود اصلاح شده توسط نانوكامپوزيت پايداري قابل توجهي را بعد از گذشت 1000 چرخه پي در پي و كاركرد طولاني مدت (12 ساعت) در پتانسيل 48/0- ولت (نسبت به RHE) از خود نشان داده است.

The fabrication of the 3D-graphene nanocomposite is promising for energy production application. Three-dimensional (3D) reduced graphene oxide was easily obtained from two-dimensional (2D) graphene by a simple hydrothermal method to create the interspace sites and active surface area. So, in the first study the structure of the 3D-graphene nanocomposite was modified by three metalic structure of nickle, cobalt and molybdenum. In the seconde study, the 3D-graphene was modified with phosphide and layer double hydroxide structure of nickle and molybdenum. These nanocomposites were characterized by various techniques. Morphological characterization of both nanocomposites showed porous structure so they have a high electroactive surface area. The function of the both electrocatalysts toward the hydrogen evolution reaction (HER) was investigated. For more investigation Pt and graphite were used as a counter electrode. In the first study, the electrocatalyst showed a small over potential of ‒0.09 and -0.25 V (vs. RHE) to achive current density of 10 (mA cm–2) and Tafel slope of 68 and 110 mV dec-1 for Pt and graphite cunter electrode, respectively in 0.5 mol L–1 H2SO4 soluttion. Also this nanocomposite has high stability in acidic media after 1000 continues cycles and after long-time test (12 h at -0.42V vs. RHE). In the seconde study, the electrocatalyst showed a small over potential of ‒0.13 and -0.22 V (vs. RHE) to achive current density of 10 (mA cm–2) and Tafel slope of 140 and 250 mV dec-1 for Pt and graphite cunter electrode, respectively in 1.0 mol L–1 KOH soluttion. Also this nanocomposite has high stability in alkaline media after 1000 continues cycles and after long-time test (12 h at -0.48V vs. RHE). These researchs present a simple and efficient stratagy to construct high-performance electrocatalyst toward HER.

علي اصغر انصافي

بهزاد رضايي

محمدتقي جعفري، اسماعيل حيدري بفرويي