18823

۱۸۸۲۳

اصلاح پارچه كربني با كبالت اكسيد و پالاديوم جهت توليد الكتروشيميايي هيدروژن

كارشناسي ارشد

شيمي تجزيه

آذرماه ۱۳۹۶

دكتر علي غفاري نژاد

دكتر سيد حجت الله كاظمي قهفرخي

شيمي

مجموعهاي از عوامل مختلف از جمله محدوديت منابع فسيلي، تأثيرات منفي زيست محيطي، بهره گيري از منابع هيدروكربني، افزايش قيمت سوخت هاي فسيلي، منازعات سياسي و تأثيرات آن بر روي ارائه انرژي پايدار از جمله دلايلي هستند كه بسياري از سياستمداران و متخصصين مباحث انرژي و محيط زيست را در حركت به سوي ايجاد ساختاري نوين مبتني بر امنيت ارائه انرژي، حفظ محيط زيست، ارتقاء كارايي سامانه انرژي وادار نموده است. بر اين اساس هيدروژن يكي از بهترين گزينه ها جهت ايفاي نقش حامل انرژي در اين سامانه جديد ارائه انرژي مي باشد. يكي از روش هاي توليد گاز هيدروژن، توليد هيدروژن از آب (الكتروليز) به عنوان يكي از عناصر تشكيل دهنده اين مايع قابل دسترس بوده است. در اين تحقيق جهت توليد الكتروشيميايي هيدروژن، براي اولين بار ساختارهاي سوزني شكل كبالت اكسيد با استفاده از روش هيدروترمال مستقيماً بر روي پارچه كربني (CC) رشد داده شد. سپس نشانش الكتروشيميايي ذرات پالاديوم بر روي ساختارهاي سوزني شك كبالت اكسيد به روش ولتامتري چرخه اي (CV) انجام شد .نتايج اين آزمايش ها به وسيله روش هاي ولتامتري روبش خطي (LSV) كرونوآمپرومتري، اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي (EIS) و (CV) مورد بررسي قرار گرفت. ساختار و ريخت شناسي اين كامپوزيت ساخته شده با استفاده از روش هاي اسپكتروسكوپي پراش پرتو ايكس (XRD)، طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس (EDX) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مشخص شد. همچنين جهت بررسي ميزان پالاديوم نشانده شده بر روي ساختارهاي كبالت اكسيد از روش پلاسماي جفت شده القايي (ICP) استفاده شد. الكترود پيشنهادي پالاديوم- كبالت اكسيد/ CC براي توليد الكتروشيميايي هيدروژن در محيط هاي اسيدي مورد استفاده قرار گرفت. فعاليت كاتاليزوري اين الكترود پيشنهادي با الكترودهاي CC ، پالاديوم/ CC و كبالت اكسيد/ CC مقايسه شد كه نتايج به دست آمده نشان داد كه الكترود Pd-CO3O4/CC داراي بهترين فعاليت كاتاليزوري براي توليد الكتروشيميايي هيدروژن (HER) در محيط اسيدي مي باشد. عملكرد HER در الكترودهاي مورد بررسي به ترتيب Pd-CO3O4/CC > Pd/CC > CO3O4/CC > CC است. از نتايج به دست آمده مي توان نتيجه گرفت كه Pd و CO3O4 اثر هم افزايي دارند و CO3O4 مي تواند عملكرد HER كاتاليزگر پالاديوم را بهبود ببخشد. با توجه به نتايج به دست آمده، الكترود پيشنهاد شده در اين تحقيق مي تواند به عنوان يك كاتد كارآمد و ارزان با ظرفيت بسيار بالا در توليد هيدروژن باشد. واژه هاي كليدي : توليد الكتروشيميايي هيدروژن، CC ، كبالت اكسيد، پالاديوم

1397/02/24

5/14/2018 12:00:00 AM

The set of various factors including the limitation of fossil resources, negative environmental impacts, the use of hydrocarbon resources, rising prices of fossil fuels, political conflicts and their effects on sustainable energy supply are among the reasons many politicians and experts in the subject of energy and the environment have pushed for the creation of a new security-based energy infrastructure, environmental protection, and energy efficiency improvements. Accordingly, hydrogen is one of the best options for the role of energy carrier in this new energy supply system. One method for producing hydrogen gas, Hydrogen production from hydrogen (electrolysis) has become available as one of the ingredients in the production of hydrogen gas. In this research, for the production of electrochemical hydrogen, for the first time, the cobalt oxide-shaped needle structures were grown directly on carbon fiber (CC) by using of hydrothermal method. Then, the electrochemical indication of palladium particles was performed on cobalt oxide-shaped structures by cyclic voltammetry (CV). The results of these experiments were evaluated by linear voltammetry (LSV), chronoamperometry, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and CV. The structure and morphology of this composite were determined by using of spectroscopic X-ray diffraction (XRD), X-ray diffraction spectroscopy (EDX) and scanning electron microscopy (SEM). The induction plasma (ICP) method was also used to investigate the palladium concentration indicated on cobalt oxide structures. The proposed palladium-cobalt oxide / CC (Pd-Co3O4 / CC) electrode was used to electrochemical hydrogen production in acidic media. The catalytic activity of this proposed electrode was compared with CC, Pd / CC, Pd / CC and Co / OC / Co (Co3O4 / CC) electrodes. The results showed that the PdCo3O4 / CC electrode has the best catalytic activity for hydrogen electrochemical production (HER) in an acidic environment. The HER performance in the electrodes investigated is Pd-Co3O4 / CC> Pd / CC> Co3O4 / CC> CC. From the results obtained, it can be concluded that Pd and Co3O4 have a synergistic effect, and Co3O4 can improve the performance of HER of catalyst palladium. According to the results, the proposed electrode in this study can be an efficient and inexpensive cathode with a very high hydrogen production capacity. Keywords: Electrochemical production of hydrogen, CC, cobalt oxide, palladium