19378

16775

كارشناسي ارشد

آلي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

سيزده، 61ص. :مصور، جدول، نمودار

1403/01/29

كتابنامه

شيمي

شيمي

1403/02/03

23029208

به منظور دستيابي به الكتروكاتاليست‌هاي مناسب براي واكنش آزادسازي هيدروژن، در اين پايان نامه مواد نانومتخلخل آلي به عنوان بستر سنتز شده و براي بهبود عملكرد آنها، با نانوذرات فلزي اصلاح شدند. در پژوهش اول كره‌هاي كربني مزوحفره دوپ شده با نيتروژن به روش اشتوبر، سنتز شد و نانوذرات روتنيم و نيكل به طور جداگانه بر روي آنها تثبيت شدند. در پژوهش دوم يك نوع چهارچوب تري‌آزيني كووالانسي از طريق واكنش تراكمي تهيه شده و به منظور اصلاح آن، نانوذرات فلزي نقره با مقادير مختلف بر روي اين بستر بارگذاري شدند. به منظور شناسايي الكتروكاتاليست‌هاي سنتز شده از روش‌هاي طيف سنجي مادون قرمز، پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، پراكندگي انرژي پرتو ايكس و جذب و واجذب نيتروژن استفاده شد. در ادامه رفتار الكتروكاتاليستي اين ساختارها در واكنش آزادسازي هيدروژن توسط روش‌هاي ولتامتري روبش خطي، ولتامتري چرخه‌اي، اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي و كرونوآمپرومتري مورد بررسي قرار گرفت. مساحت سطح فعال الكتروشيميايي ساختارهاي Ru@N-CMS و Ni@N-CMS سنتز شده در پژوهش اول توسط معادله رندلز-سوسيك به ترتيب cm20٫14 و 0٫099 بدست آمد. با توجه به نتايج حاصل از نمودار تافل، براي Ru@N-CMS مقدار شيب تافلmV/dec 161، پتانسيل شروع mV 20- و دانسيته جريان تبادلي/cm2 mA75/0 بدست آمد. شيب تافل بدست آمده نشان مي‌دهد واكنش از طريق مكانيسم ولمر-هيروفسكي يا ولمر-تافل پيش مي‌رود. رفتار اين الكتروكاتاليست پس از 1000 چرخه متوالي مورد بررسي قرار گرفت كه پايداري خوبي از خود نشان داد. نتايج حاصل از اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي نشان دادند مقاومت انتقال بار Ru@N-CMS، بسيار كاهش يافته درنتيجه سينتيك واكنش آزادسازي هيدروژن در حضور اين الكتروكاتاليست بسيار بالا است. در ادامه مساحت سطح فعال الكتروشيميايي ساختارهاي CTF و Ag@CTF سنتز شده در پژوهش دوم به ترتيبcm2 0٫03 و 0٫04 بدست آمد. باتوجه به نتايج حاصل از نمودار تافل براي Ag@CTF با نسبت مولي 1:1، مقدار شيب تافل mV/dec 105، پتانسيل شروع mV46- و دانسيته جريان تبادلي mA/cm2 367/0 بدست آمد. شيب تافل نشان مي‌دهد واكنش از مكانيسم ولمر-هيروفسكي يا ولمر-تافل پيش مي‌رود. در تست مربوط به پايداري، رفتار اين الكتروكاتاليست پس از گذشت 10 ساعت ثابت ماند و همچنين پس از 1000 سيكل متوالي، پتانسيل شروع واكنش كاهش يافت كه نشان‌دهنده پايداري بالاي اين الكتروكاتاليست است. نتايج حاصل از اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي نشان دادند مقاومت انتقال بار Ag@CTF در مقايسه با CTF كاهش يافته و درنتيجه سرعت واكنش آزادسازي هيدروژن در حضور اين الكتروكاتاليست افزايش يافته است.

To obtain suitable electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction, in this thesis, organic nanoporous materials were synthesized as substrates and modified with metal nanoparticles to improve their performance. In the first study, N-doped mesoporous carbon spheres were synthesized through the Stober method, then ruthenium and nickel nanoparticles were immobilized on them, separately. In the second study, new covalent triazine frameworks were synthesized through a condensation reaction, and then silver nanoparticles with different amounts were loaded on this support. These synthesized electrocatalysts were characterized by various techniques. The electrochemically active surface area of Ru@N-CMS and Ni@N-CMS were obtained by the Randles-Ševčik equation as 20.14 cm2 and 0.099 cm2, respectively. According to the results of the Tafel plots for Ru@N-CMS, the Tafel slope value was 161 mV/dec, the onset potential was -20 mV, and the exchange current density was 0.75 mA/cm2. The obtained Tafel slope shows that the reaction proceeds via a Volmer-Heyrovsky or a Volmer-Tafel pathway. The behavior of this electrocatalyst was investigated after 1000 continuous cycles, which showed good stability. The results of electrochemical impedance spectroscopy showed that the charge transfer resistance of Ru@N-CMS is greatly reduced. In the second study, the electrochemically active surface area of the CTF and Ag@CTF were 0.03 cm2 and 0.04 cm2, respectively. According to the results of the Tafel plots for Ag@CTF with a molar ratio of 1:1, the Tafel slope value was 105 mV/dec, the onset potential was -46 mV, and the exchange current density was 0.367 mA/cm2. The Tafel slope indicates that the reaction proceeds via a Volmer-Heyrovsky or a Volmer-Tafel pathway. This electrocatalyst has high stability in acidic media after 1000 continuous cycles and after long-time test (10 h). The results of electrochemical impedance spectroscopy showed that the charge transfer resistance of Ag@CTF decreased compared to CTF, and as a result, the rate of HER increased if this electrocatalyst was used.

محمد ديناري , اسماعيل حيدري

حسين توكل , محمدمحسن مومني هامانه