25548

ايجاد پوشش كاتاليزوري نيكلي، روي الكترود فوم نيكل براي فرايند شكافت آب و توليد اكسيژن

ارشد

مواد و متالورژي

1398-1400

1400/08/05

دكتر سعيد رستگاري

دكتر هاجر قنبري

مواد

امروزه چارچوب‌هاي آلي – فلزي به دليل خواص ويژه‌اي كه دارند بسيار مورد توجه بوده و كاربردهاي متنوعي دارند. استفاده از خاصيت سطح ويژه بالاي آن‌ها و تخلخل بسيار زياد اين دسته از مواد سبب شده تا به عنوان كاتاليزور مورد استفاده قرار گيرند. واكنش شكافت آب واكنشي است كه نياز به شرايط ويژه‌اي دارد و از طريق فرايند‌هاي فتوشيميايي و يا الكتروشيميايي مي‌توان فرايند شكافت آب و تهيه گاز هيدرژون و اكسيژن را انجام داد. نكته حائز اهميت اين است كه اين واكنش از جنبه ترموديناميكي غيرخودبه‌خودي است و از لحاظ سينتيكي نيز سرعت بالايي ندارد. بنابراين، استفاده از كاتاليزور‌ها به منظور بهبود نحوه پياده‌سازي واكنش پيشنهاد شده است. همچنين، به دليل آنكه واكنش‌هاي توليد هيدروژن و اكسيژن، سطحي هستند، مي‌توان ضمن استفاده از الكترود مناسب به عنوان زيرلايه، اين كاتاليزور‌ها را با استفاده از روشي مناسب مانند فرايند سنتز حلال گرمايي، روي الكترود ايجاد نمود. با توجه به موارد بيان شده و خواص ويژه چارچوب‌هاي آلي – فلزي، در اين پژوهش، چارچوب آلي – فلزي پايه نيكل بر روي فوم نيكل به منظور شكافت آب مورد استفاده قرار گرفت. ارزيابي MOF سنتز شده توسط پراش پرتوي ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني و پيوندهاي آن با كمك طيف‌سنجي تبديل فوريه مادون قرمز بررسي شد. مشاهده شد كه چارچوب آلي – فلزي نيكل و همچنين حضور هيدروكسيد دولايه به ترتيب باعث كاهش 154 و 208 ميلي‌ولتي ولتاژ اضافه مورد نياز براي فرايند شدند. حضور آهن در تركيب و نسبت 7 به 3 نيكل به آهن نيز ولتاژي برابر با 157 ميلي‌ولت ايجاد نمود. علت اين امر، تغيير ريزساختار و افزايش سطوح فعال الكتروشيمي در حضور آهن است. بنابراين با تغيير عوامل موثر بر فرايند، الكترودي حاصل شد كه عملكرد مناسبي در فرايند شكافت آب از خود نشان داد.

1400/08/17

Synthesis of nickel catalytic coating on nickel foam electrode for water splitting and oxygen production process

10/27/2022 12:00:00 AM

Metal organic frame works due to their special properties that are highly regarded and have a variety of applications. Due to their special surface properties and high porosity, this material can be used as a catalyst. Water slpitting reaction is a reaction that requires special conditions and through photochemical or electrochemical processes, the process of water splitting and preparation of hydrogen and oxygen gas can be done. The important point is that this reaction is thermodynamically non-spontaneous and does not have a high kinetic velocity. Therefore, catalysts have been proposed to improve the implementation of the reaction. Also, because the reactions for the production of hydrogen and oxygen are superficial, these catalysts can be created on the electrode using a suitable method, such as the process of solvothermal synthesis, while using a suitable electrode as a substrate. According to the above and the special properties of organic-metallic frameworks, in this study, a nickel-based organic-metallic framework on nickel foam was used to split water. The MOF synthesis evaluated by X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy and its bonds was investigated by Fourier transform infrared spectroscopy. It was observed that the organic-metallic nickel framework as well as the presence of bilayer hydroxide reduced the overvoltage required for the process by 154 and 208 mV, respectively. The presence of iron in the composition and the ratio of 7 to 3 nickel to iron also created a voltage of 157 mV. The reason for this is the change in microstructure and the increase in electrochemical active levels in the presence of iron. Therefore, by changing the factors affecting the process, an electrode was obtained that showed good performance in the process of water splitting.

الكتروكاتاليزور، چارچوب آلي – فلزي، نيكل – آهن، شكافت آب

Electrocatalyst, metal - organic framework, nickel, iron, water splitting