27563

مطالعه سينتيك فرايند HER و OER بر روي الكترود برپايه گرافن كبالت فسفيد به روش محاسبات تئوري تابعي چگالي

كارشناسي ارشد

شيمي - فيزيك

1398

1401/07/12

سيد مرتضي موسوي خوشدل

دانشكده شيمي

يكي از بحث‌هاي مهم و پر چالش در مبحث ادوات انرژي، ظرفيت و انرژي باتري‌هاست. دنياي امروز نيازمند باتري‌هايي قدرتمند است تا نياز بشر به ذخيره‌ي انرژي را تامين كند. مدت زمان زياد براي استفاده از ماشين‌هاي الكتريكي، يك چالش بزرگ و جذاب است كه باتري‌هاي ليتيوم هوا مي‌تواند گام بسيار مهمي را در اين جهت بر دارد چرا كه اين باتري‌ها به دليل داشتن چگالي انرژي بسيار بالا، به عنوان نسل بعدي باتري‌ها شناخته مي‌شوند. توليد هيدروژن از الكتروليز آب با استفاده از برق تجديد پذير به طور گسترده اي است به عنوان يك مسير بسيار اميدوار كننده براي حل بحران انرژي جامعه بشري در نظر گرفته مي شود. با اين حال طراحي منطقي الكتروكاتاليست هاي ارزان قيمت با فعاليت كاتاليزوري عالي و دوام طولاني نسبت به واكنش تكامل هيدروژن (HER)و واكنش تكامل اكسيژن (OER) باقي مي ماند . در اين پايان نامه مطالعه سينتيك فرايند HER و OER بر روي الكترود بر پايه گرافن كبالت فسفيد به روش محاسبات تئوري تابعي چگالي بررسي شده است .همانطور كه در محاسبات و تحليل نتايج بيان شده است ابتدا انرژي جذب گونه¬هاي شركت كننده در فرايند شارژ فرايند HER و OER بر روي الكترود بر پايه گرافن كبالت فسفيد به روش محاسبات تئوري تابعي چگالي بررسي قرار گرفته اند. سپس با اپت نمودن اتم كربن به جاي يك اتم اكسيژن در ميان ساختار مكعبي، سعي بر اصلاح نمودن ساختار شد. سپس انرژي جذب گونه هاي نام برده بر روي بستر جديد محاسبه شدند. پس از تحليل نتايج و بررسي هاي انجام شده نتيجه بدين صورت شد كه فرآيند OER براي اين ساختار به خوبي عمل نمي كند و OER كاتاليست خوبي براي بررسي و بهبود بخشيدن اين فرايند نيست. در ادامه به اين نتيجه رسيديم كه فرآيند HER كامپوزيت شدن با گرافن علاوه بر اينكه مي‌تواند اثرات مثبت الكتروشيميايي داشته باشد كه هم عمر الكترود را افزايش دهد، مي¬تواند خاصيت كاتاليستي كبالت فسفيد را هم بهبود مي دهد.

1401/09/12

The Kinetic study of HER and OER process on electrode based on graphene cobalt phosphide to calculation method by density functional theory

10/4/2023 12:00:00 AM

One of the most important and challenging discussions in the topic of energy devices is the capacity and energy of batteries. Today's world needs powerful batteries to meet the human need for energy storage. A long time to use electric cars is a big and attractive challenge that lithium-air batteries can take a very important step in this direction because these batteries are known as the next generation of batteries due to their very high energy density. Hydrogen production from water electrolysis using renewable electricity is widely considered as a very promising path to solve the energy crisis of human society. However, the rational design of low-cost electrocatalysts with excellent catalytic activity and long lifetime for hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) remains. In this thesis, the study of the kinetics of HER and OER process on the electrode based on graphene cobalt phosphide has been investigated by the method of density functional theory calculations. As stated in the calculations and analysis of the results, first, the absorption energy of the species participating in the charging process of HER and OER on the electrode based on graphene cobalt phosphide was investigated by the method of density functional theory calculations. Then, an attempt was made to modify the structure by opting a carbon atom instead of an oxygen atom in the middle of the cubic structure. Then, the adsorption energy of the mentioned species on the new substrate was calculated. After analyzing the results and investigations, I came to the conclusion that the OER process does not work well and is not suitable, which indicated that OER is not a good catalyst, then we came to the conclusion that the HER process of composite with graphene in addition to It can have positive electrochemical effects that increase the life of the electrode, it can also improve the catalytic properties of cobalt phosphide.

فرايند HER , فرايند OER , الكترود , گرافن , تئوري تابعي چگالي

HER process , OER process , electrode , , density functional theory

reza almasi

Seyed Morteza Mousavi-Khoshdel