10293

بررسي تاثير نوع فعال‌ساز سطحي بر سنتز اسپينل‌هاي كبالت-منگنز به‌روش رسوب‌دهي هم‌زمان در محيط‌هاي آبي حاوي هگزامين

كارشناسي

مهندسي مواد و متالورژي

1404

دكتر منصور سلطانيه

دكتر شايان صراف

1404/11/13

مهندسي مواد و متالورژي

Investigation of the Effect of Surface Activator Type on the Synthesis of Cobalt–Manganese Spinels via Co-precipitation in Hexamine-Containing Aqueous Media

در اين پژوهش، نانوذرات اسپينل كبالت-منگنز با استفاده از فرآيند هم‌رسوبي در محيط آبي حاوي هگزامين و سه نوع اصلاح‌كننده سطحي CTAB، SDS و PVP سنتز شدند تا نقش اصلاح‌كننده‌ها بر مورفولوژي، ساختار و عملكرد الكتروشيميايي بررسي شود. مورفولوژي و تركيب عنصري با ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FE-SEM) و آناليز EDS و ساختار كريستالي با آناليز پراش پرتو ايكس (XRD) مورد ارزيابي قرار گرفت. رفتار ابرخازني با آزمون‌هاي ولتامتري چرخه‌اي (CV) و شارژ-دشارژ جريان ثابت (GCD) و عملكرد كاتاليستي در واكنش‌هاي تكامل اكسيژن (OER)، كاهش اكسيژن (ORR) و تكامل هيدروژن (HER) با ولتامتري خطي (LSV) بررسي شد. نتايج نشان داد كه نوع اصلاح‌كننده نقش تعيين‌كننده‌اي در مورفولوژي، اندازه كريستاليت، نسبت كبالت به منگنز و فاز كريستالي دارد، به‌گونه‌اي كه CTAB ذرات يكنواخت شبه‌كروي همراه با نانوميله‌ها، SDS ذرات فوق‌ريز و متراكم شبه‌كروي و PVP ساختار ورقه‌اي و فشرده ايجاد كرد. SDS بيشترين محتواي كبالت در بين نمونه¬ها را داشت و فاز Co3O4 براي آن شناسايي شد. در ساير نمونه¬ها فاز Co2MnO4 شناسايي شد و اندازه كريستاليت¬ها در بازه 20-12 نانومتر اندازه¬گيري شد. مطالعات ابرخازني با استفاده از CV و GCD، رفتار شبه‌خازني را در تمامي نمونه‌ها نشان داد. SDS بالاترين جريان پيك و ظرفيت ويژه A/g 400 در چگالي جريان A/g 5/0 را داشت، در حالي‌كه CTAB بهترين برگشت‌پذيري و توانايي در نرخ‌هاي بالاي شارژ-دشارژ (2/75 %) را نشان داد. آزمون‌هاي OER، ORR و HER عملكرد الكتروكاتاليستي نمونه‌ها را به‌وضوح تحت تأثير اصلاح‌كننده‌ها نشان داد. در OER شيب تافل mV/dec 76-84 و پتانسيل اضافي η10 پايين‌ترين مقادير مربوط به SDS و CTAB بود، در ORR، SDS جريان بيشينه mA/g 49 و كمترين شيب تافل mV/dec 104 را نشان داد و CTAB پتانسيل نيم‌موج 83/0 ولت با مسير انتقال بار سريع داشت و در HER، CTAB و SDS بيشترين جريان بيشينه (mA/g 73/0-7/0) و كمترين پتانسيل اضافي (V 41/0) را داشتند. اين نتايج نشان مي‌دهد كه كنترل هم¬زمان مورفولوژي، فاز و نسبت عناصر، كليد دستيابي به ظرفيت بالا، سينتيك سريع و راندمان كاتاليستي مطلوب در نانوذرات اسپينل كبالت–منگنز است و اصلاح‌كننده‌هاي سطحي نقش اساسي در بهبود عملكرد ابرخازني و فعاليت الكتروكاتاليستي اين سيستم‌ها دارند.

اسپينل كبالت-منگنز , اصلاح‌كننده سطحي , ابرخازن , فعاليت الكتروكاتاليستي , مورفولوژي , ساختار كريستالي