10209

مطالعه ي آئروژل هاي گرافني و كاربردهاي تجزيه اي آن

1397

دكتر علي غفاري نژاد

وخيم تر شدن بحران جهاني انرژي ، تحقيقات و توسعه انرژي هاي پاك و تجديد پذير را به امري فوري تبديل كرده است. جستجوي يك منبع انرژي تجديد پذير و پايدار يك امر ضروري است. انرژي هيدروژن يك نامزد پاك و يكي از اميدواركننده ترين حامل انرژي آينده مي باشد. از جمله ويژگي هاي بارز هيدروژن به عنوان يك منبع انرژي در مقايسه با منابع انرژي سنتي مي توان به موارد زير اشاره كرد : چگالي بالاي انرژي (حدود 142 MJ kg-1)، طبيعت بدون آلودگي، منابع توليد متنوع . از ميان روش هاي مختلف توليد هيدروژن تجزيه ي الكتروشيميايي آب يكي از استراتژي هاي بسيار موثر و جذاب مي باشد زيرا داراي برتري هايي از جمله توليد با بازده و خلوص بالا بوده هم چنين منابع آب بسياري در اختيار ما مي باشد. با اين وجود دو نيم واكنش الكتروشيميايي تقسيم آب (واكنش آزادسازي هيدروژن(HER) و واكنش آزادسازي اكسيژن(OER)) به طور طبيعي از نظر سينتيكي فرآيند هايي كندي بوده و به اضافه ولتاژ نيازمند هستند. بنابراين الكتروكاتاليزگرها معمولاً براي تقويت بازده الكتروليتي استفاده مي شوند. فلزات نجيب مانند Ptو Pd اغلب به عنوان يك كاتاليزگر فلزي براي واكنش هاي الكتروشيميايي مورد استفاده قرار مي گيرند و راندمان بسيار خوبي در واكنش HERاز خود نشان مي دهند. با اين وجود دو دليل قيمت بالا و مسموميت ناشي از تخريب مانع از توليد انبوه و استفاده عملي از آنها مي شود بنابراين توليد مواد جديد براي انجام فعاليت هاي كاتاليزگري در HER ضروري است. در اين ميان مواد مبتني بر كربن مانند فلورن ها، نانو لوله هاي كربني و گرافن به عنوان الكترود هاي پشتيبان ايده آل شناخته شده اند كه مي توانند انتقال بار را به صورت كار آمد از طريق كربن به كاتاليزور ها تسهيل كنند. گرافن يك شبگه لانه زنبوري از اتم هاي كربن است كه در آن اتم هاي كربن با پيوند SP2 به يكديگر متصل شده و داراي يك بازوي آزاد مي باشند كه همين امر موجب رسانايي آن مي شود. از ديگر ويژگي هاي گرافن مي توان به هدايت الكتريكي بالا، پايداري شيميايي و مساحت سطح ويژه اي بالا اشاره كرد، كه نويد دهنده داربست الكترود براي توزيع يكنواخت و پشتيباني از نانوذرات مختلف و كاربردي است. در ميان مواد گرافن مختلف با رويكردهاي مختلف سنتز، اكسيد گرافن (GO) به دليل توانايي توليد مقياس بالا و روشهاي مقرون به صرفه توليد به عنوان مواد پشتيبان كاتاليزور انتخاب شده است. ازجمله مواد ساخته شده بر پايه گرافن، آيروژل هاي گرافني هستند كه يك ساختار سه بعدي از صفحات گرافن اكسيد كاهش يافته بوده كه به طور تصادفي با كاهش صفحات به يكديگر متصل شده و يك ساختار بسيار متخلخل با مساحت سطح بسيار بالا و سايت هاي فعال بسيار براي اتصال به وجود مي آورد. هم چنين داراي مقاومت مكانيكي بالا براي اتصال به الكترود مي باشد. روش هاي بسياري براي تبديل صفحاتGO به آئروژل هاي گرافن وجود دارد از جمله: كاهش شيميايي، كاهش هيدرو ترمال، كاهش الگوي هدايت و روش جديد ريخته گري قالب يخ اشاره كرد كه در اين پايان نامه از روش آخر به خاطر مزيت هايي از جمله: آساني روش سنتز ، توانايي كنترل قطرحفرات ، توانايي سنتز در مقياس هاي بزرگ و توانايي توليد فوم با خلوص بالا برگزيده شده است. بعد از سنتز آئروژل فلز نجيب پالاديوم بر روي آئروژل نشانده مي شود و از آن به عنوان بستري با هدايت، تخلخل و سطح تماس بالا استفاده خواهد شد و از اين ساختار براي براي توليد الكتروشيميايي هيدروژن در محيط هاي اسيدي و قليايي استفاده خواهد شد.

7/20/2019 12:00:00 AM

73343

1400/09/19

Study of graphene aerogels and its decomposition applications

هيدروژن , آئروژل گرافني , گرافن اكسايد , پالاديوم

Hydrogen evolution reaction , graphene aerogel , palladium