31580

توليد الكتروشيميايي هيدروژن با استفاده از كاتاليزگر CuP@NiMnSe

كارشناسي ارشد

شيمي تجزيه

1401

1403/06/27

علي غفاري نژاد

قاسم براتي دربند

شيمي

نظر به اينكه مصرف انرژي روز به روز در حال افزايش است و مصرف سوخت‌هاي فسيلي محدوديت منابع و همچنين آلودگي محيط زيستي را به همراه دارد، لذا دانشمندان در سراسر دنيا در حال معرفي يك جايگزين مناسب براي سوخت‌هاي موجود مي¬باشند. تركيب تكنولوژي انرژي‌هاي تجديد¬پذير و هيدروژن به عنوان سازوكار ذخيره يك منبع انرژي پاك و پايدار به حساب مي‌آيد. بنابراين سنتز الكتروكاتاليزرهاي مؤثر براي توليد هيدروژن اهميت زيادي دارد. در پايان نامه حاضر براي اولين بار سنتز نانوساختار NiMnSe/CuP/NF با استفاده از روش الكتروشيميايي در دو مرحله انجام شد. در مرحله اول، با روش جريان ثابت يك لايه CuP بر روي يك زيرلايه فوم نيكل نشانده شد و در مرحله دوم، يك لايه NiMnSe به روش پتانسيل ثابت بر روي لايه اول با كنترل شرايط مانند زمان و پتانسيل، رسوب گذاري الكتريكي شد. از آنجايي كه زمان و پتانسيل در شرايط رسوب گذاري لايه دوم موثر مي‌باشد، پس بهينه سازي متغير دوم صورت گرفت و از آن به عنوان الكترود مولد براي واكنش تكاملي هيدروژن (HER) در شكافت الكتروشيميايي آب استفاده شد. آزمون‌هاي متداول الكتروشيميايي به جهت سنجش فعاليت و پايداري الكتروكاتاليزگرها توسط آزمون هاي الكتروشيميايي در محلول الكتروليت 1 مولار NaOH انجام شد. نتايج گوياي آن است كه الكترود بهينه شده در زمان 1800 ثانيه و پتانسيل 3/1- ولت راندمان HER بسيار عالي با اضافه ولتاژ (RHE)mV 83- وmV 292- در چگالي جريان‌هاي mA.cm-² 10 و 100 دارد و همين طور پايداري بسيار خوبي حداقل تا 12 ساعت از خود نشان داد. نتايج بيان‌گر اين است كه استفاده همزمان از الكتروكاتاليزگرهاي CuP و NiMnSe، اثر توامي را ايجاد مي‌كند كه به افزايش نسبت سطح به حجم و بهبود تعداد مكان‌هاي فعال منجر مي‌شود. به دليل عملكرد بالاي آن براي HER و سنتز ساده ، سريع و بدون استفاده از مواد گران قيمت براي آماده سازي، الكترود پيشنهادي مي¬تواند به عنوان يك گزينه مناسب براي شكافت الكتروشيميايي آب در نظر گرفته شود.

1403/08/29

Electrochemical production of hydrogen using NiMnSe@CuP electrocatalyst

1/1/1900 12:00:00 AM

In this study, a novel NiMnSe/CuP/NF nanostructure was successfully synthesized for the first time through a two-step electrochemical method. In the initial stage, a layer of CuP was applied onto a nickel foam (NF) substrate. In the final stage, a layer of NiMnSe was deposited on top of the first layer by controlling the electrodeposition conditions. The optimization of deposition time and potential was undertaken to achieve maximum catalytic activity. The optimized NiMnSe/CuP coating on NF demonstrates promising hydrogen evolution reaction (HER) activity, at current densities of -10 and -100 mA. cm-2, with small overpotentials of -83 and -292 mV, respectively. The electrode's durability was tested under an industrial-scale current density of -100 mA.cm-² for the HER, demonstrating good stability over at least 12 hours. The findings revealed that the concurrent application of CuP and NiMnSe electrocatalysts yields a synergistic effect, increasing the surface-to-volume ratio and enhancing the number of active sites. The proposed electrode exhibits remarkable performance for HER and offers a straightforward, rapid, and binder-free synthesis method, utilizing cost-effective materials for the electrocatalyst layer. As a result, it presents itself as a strong contender for applications in water splitting.

پوشش NiMnSe/CuP , واكنش تكاملي هيدروژن , توليد الكتروشيميايي هيدروژن , فوم نيكل , الكتروليز آب , الكتروكاتاليزگر

NiMnSe/CuP coating , Hydrogen evolution reaction , Electrochemical production of hydrogen , Nickel foam , Water electrolysis , Electrocatalyst

Mohammad Ali Ghaffarirad

Dr. Ali Ghaffarinejad