20738

۲۰۷۳۸

سنتز الكتروشيميايي چارچوب هاي فلز-آلي(MOFها) و كاربرد آنها در الكتروشيمي به عنوان الكتروكاتاليست

دكتري

شيمي

۱۳۹۲

۱۳۹۸/۱/۲۴

دكتر علي غفاري نژاد

شيمي

مطالعات انجام شده نشان مي¬دهد كه چارچوب¬هاي فلز آلي (MOFها ) به عنوان دسته¬ي جديدي از مواد نانو متخلخل توجه بسيار زيادي را در حوزه هاي مختلف به خود جلب نموده اند. براي سنتز MOFها روش¬هاي مختلفي معرفي شده است كه يكي از جديدترين روش ها، سنتز الكتروشيميايي مي باشد. در اين رساله، از طريق الكتروشيميايي (به روش انحلال آندي) چهارچوب هاي فلز-آلي HKUST-1، Cu-BTC و Zn-BTC (Cu-BTC/Zn-BTC) (به طور همزمان) و Ni-BTC به ترتيب بر روي صفحه مسي، آلياژ برنج و فوم نيكل سنتز شدند. روش الكتروشيميايي به كار برده شده روش سريع و در دماي اتاق بوده كه اين روش، روشي تك مرحله¬اي براي سنتز چند MOF محسوب مي شود. سنتز HKUST-1 در سلول دو الكترودي انجام شد كه به اين منظور از دو صفحه مسي به عنوان الكترود آند و كاتد استفاده شد. HKUST-1 سنتز شده به عنوان الكتروكاتاليزگر براي واكنش مهم احياي اكسيژن ((ORR استفاده شد. عملكرد الكتروكاتاليزگري HKUST-1 سنتز شده به روش الكتروشيميايي با HKUST-1 سنتز شده به روش هيدروترمال مقايسه شد. نتايج نشان داد كه HKUST-1 سنتز شده به روش الكتروشيميايي فعاليت كاتاليزگري بهتري براي ORR دارد. سنتز همزمان Cu-BTC و Zn-BTC بر روي آلياژ برنج و سنتز Ni-BTC بر روي فوم نيكل به روش 3 الكترودي و به صورت لايه¬اي انجام شد كه تشكيل لايه اين MOFها بر روي بسترهاي ذكر شده سريع و تك مرحله¬اي بود. با قرار گرفتن الكترودهاي مذكور داخل محلول شامل ليگاند آلي BTC و الكتروليت MTBS و اعمال پتانسيل مطلوب، الكترود آند اكسيد شده و سپس يون فلز آزاد شده در سطح الكترود با BTC موجود در محلول تشكيل MOF مي¬دهند. تأثير چند عامل مهم در سنتز و توليد محصول از جمله زمان و ميزان اعمال ولتاژ و تركيب حلال به كاررفته مورد بررسي قرار گرفت. ساختار و مورفولوژي MOFها با پراش اشعه ايكس (XRD)، طيف‌سنجي پراش انرژي پرتو ايكس (EDX) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) بررسي شد. نتايج حاصل نشان داد كه با تنظيم پارامترهاي تأثيرگذار، مورفولوژي، اندازه و تراكم محصول بر روي بستر قابل تنظيم مي¬باشد و كئوردينه شدن يون¬هاي فلز با ليگاند كربوكسيلات با استفاده از طيف سنجي مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR) مشخص شد و مساحت سطح MOF حاصل با استفاده از روش BET اندازه گيري شد. پس از سنتز و شناسايي، عملكرد الكتروكاتاليزگري فوم نيكل تنها و فوم اصلاح شده با NiBTC در محيط اسيدي و بازي، براي واكنش آزادسازي هيدروژن (HER) مقايسه شد. نتايج نشان داد كه به طور قابل توجهي فوم اصلاح شده فعاليت كاتاليزگري بيشتري براي HER دارد.

1398/04/03

Electrochemical synthesis of metal - organic framesworks and their application in electrochemistry as electrocatalyst

4/12/2020 12:00:00 AM

Metal-organic frameworks have received much attention in recent years especially as newly developed porous materials. This new class of porous materials is attracting attention due to demonstrations of their large pore sizes, high apparent surface areas, and selective uptake of small molecules, and optical or magnetic responses to the inclusion of guests. As such, they possess a wide array of potential applications including materials for gas storage, gas/vapor separation, catalysis, luminescence, and drug delivery. Different synthesis methods have been utilized to prepare MOFs. In this study, HKUST-1, Cu-BTC/Zn-BTC and Ni-BTC metal-organic frameworks (MOFs) were synthesized on Cu, Brass and Ni foam using an electrochemical synthesis technique, respectively, (Synthesis of Cu-BTC and Zn-BTC was done simultaneously). This technique allows the formation of crystal layers overgrowing the porous metals support at room temperatures and short synthesis time. In the synthesis of Cu-BTC/Zn-BTC and Ni-BTC, the influence of some important parameters such as solvent, voltage and synthesis time on the MOF production was investigated. The structure and morphology of the MOFs were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The coordination between metals (II) and carboxylate moieties of the linker has been characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and the surface area of the MOFs was measured by Brunauer–Emmett–Teller (BET) nitrogen adsorption-desorption technique. After synthesis and characterizations, the performance of synthesized HKUST-1 as an electrocatalyst for oxygen reduction reaction (ORR) was studied in 0.5 M H2SO4, phosphate buffer (pH=6) (PBS6) and 0.1 M NaOH solutions, among which the best result was obtained in PBS6. At the optimum condition, the ORR was compared with an HKUST-1synthesized by a common solvothermal method (at very long time and higher temperature and pressure). The ORR results showed that in comparison to solvothermal MOF, the electrosynthesized HKUST-1 has very higher current density and lower onset potential for ORR. The performance of Ni foam and NiBTC/Ni foam for electrochemical hydrogen evolution reaction (HER) were compared by linear sweep voltammetry (LSV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and chronoamperometry (CA). The results showed that NiBTC/Ni foam has more catalytic activity for HER.