شماره ركورد
33757
پديد آورنده
سپيده فريدوني
عنوان
ايجاد پوشش كامپوزيتي الكتروكاتاليستي چهارچوب هاي فلز- آلي هيدروكسيدهاي دولايه بر پايه آهن-نيكل
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1403/07/15
استاد راهنما
دكتر سعيد رستگاري -دكتر هاجر قنبري
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مواد و متالورژي
چكيده
افزايش بي رويه مصرف سوختهاي فسيلي جهان را به سمت بهره برداري از سوخت هيدروژني با چگالي انرژي بالا و آلودگي كربني صفر، حركت داده است. در فرآيند تقسيم ،آب ميتوان هيدروكسيدهاي دولايه و چهارچوبهاي فلز-آلي را جايگزين الكترو كاتاليستهاي مبتني بر فلزات نجيب كرد كه به دليل فراواني مواد اوليه مساحت سطح بالا تخلخل بالا، مراكز فلزي فراوان و ساختارهاي قابل تنظيم است كه براي كاهش نقاط ضعف اين دسته از مواد ميتوان از ساخت كامپوزيت NiFe-MOF/NiFe-LDH روي فوم نيكل استفاده كرد. در اين پژوهش در ابتدا به روش گرمابي هيدروكسيدهاي دولايه با نسبتهاي نيكل به آهن 1:1 و 4:1 و چهارچوبهاي فلز آلي به روش حلال ،گرمايي هر دو در دماي 125°C به مدت 12 ساعت سنتز شدند و با آناليزهاي پراش پرتو ايكس ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشري ميداني و طيف سنجي مادون قرمز، مشخصه يابي فازي، ريزساختاري و پيوندي و با آزمونهاي الكتروشيميايي پتانسيل اضافي و ظرفيت لايه دوگانه بررسي شدند. ريز ساختارهاي و NiFe-LDH روي فوم نيكل به صورت ورقه اي و گل مانند رشد كرده اند ريز ساختار NiFe- MOF /NiFe- LDH روي فوم نيكل براي نسبت 1:1 به صورت رشد ذرات MOF روي صفحات LDH بوده است؛ در حالي كه در نسبت 4:1 بدون تغيير ريز ساختار LDH فقط MOF با تغيير ريز ساختار به صورت ذره اي روي صفحات LDH رشد كرده است. كليه ي LDHs و MOFs، فازهاي مورد نظر را نشان ميدهند و در نمونههاي كامپوزيتي حضور همزمان دو فاز تشكيل شده ديده مي شود. در ادامه با بررسي رفتار الكترو ،شيميايي پتانسيل اضافي نمونه هاي بهينه LDH با نسبتهاي 1:1 و 4:1 نيكل به آهن به ترتيب برابر mV 340 و 270 و به ترتيب شيب تافل m.dec 41 و 31 بهترين فعاليت الكتروشيميايي را دارند؛ و با بيشترين مقدار ظرفيت لايه دوگانه به ترتيب برابر mF.cm2 1/58 و 1/62 بيشتر سطح فعال الكتروشيميايي را دارند؛ سپس بررسي رفتار الكترو شيمايي MOF با پتان سيل اضافي mV 330 و شيب تافل 1 m.dec 45 عملكرد الكترو كاتاليستي بهتري نسبت فوم نيكل نشان داد و در ادامه با محاسبه ظرفيت لايه دوگانه براي MOF كه برابر m.cm2 1/2 است نشان ميدهد سطح فعال الكتروشيميايي نسبت به فوم نيكل افزايش يافته است. دو نمونه NiFe- MOF/NiFe-LDH11 و NiFe-MOF/NiFe-LDH41 كمترين مقدار پتانسيل اضافي به ترتيب mV 280 و 240 و شيب تافل mV.dec 38 و 29 بهترين عملكرد الكترو كاتاليستي را دارند و با بيشترين مقدار ظرفيت لايه دوگانه به ترتيب برابر m.cm2 1/63 و 2 بيشتر سطح فعال الكتروشيميايي را دارند.
واژه هاي كليدي ،گرمابي هيدروكسيدهاي دولايه ،آهن، نيكل، چهارچوب فلز-آلي.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/16
عنوان به انگليسي
Creation of electrocatalytic composite coating of metal-organic frameworks and double-layer hydroxide based on fe-ni
تاريخ بهره برداري
10/6/2024 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سپيده فريدوني
چكيده به لاتين
The excessive increase in the consumption of fossil fuels has moved the world towards using
hydrogen fuel with high energy density and zero carbon pollution. In the process of water
splitting, double-layer hydroxides and metal-organic frameworks can be replaced by
electrocatalysts based on noble metals, which are due to the abundance of raw materials, high
surface area, high porosity, abundant metal centers, and adjustable structures. To reduce the
weak points of this class of materials, it is possible to make NiFe-MOF/NiFe-LDH composite
on nickel foam. In this research, at first, double-layer hydroxides with nickel-to-iron ratios of
1:1 and 4:1 and metal-organic frameworks were synthesized by thermal solvent method, both
at 125 C temperature for 12 hours. With X-ray diffraction analysis, field emission scanning
electron microscope, and infrared spectroscopy, phase, microstructural, and bond
characterization and electrochemical tests, excess potential, and double layer capacity were
investigated. NiFe-MOF and NiFe-LDH microstructures have grown on nickel foam in the
form of sheets and flowers. The microstructure of NiFe-MOF/NiFe-LDH on nickel foam for a
1:1 ratio was the growth of MOF particles on LDH plates; While in the ratio of 4:1 without
changing the microstructure of LDH, only MOF with the change of microstructure was grown
on the LDH plates in the form of particles. All LDHs and MOFs show the desired phases, and
in the composite samples, the simultaneous presence of two formed phases can be seen.
Further, by examining the electrochemical behavior, the excess potential of the optimal LDH
samples with 1:1 and 4:1 nickel-to-iron ratios are 340 and 270 mV, respectively, and the Tofel
slope is 41 and 31 mV.dec-1, respectively, and have the best electrochemical activity. ; and
with the highest double layer capacity equal to 1.58 mF.cm-2 and 1.62 mF.cm-2, they have the
most electrochemical active surface; Then, investigating the electrochemical behavior of MOF
with additional potential of 330 mV and a Tofel slope of 45 mV.dec-1 showed a better
electrocatalytic performance than nickel foam, and then by calculating the double layer
capacity for MOF, which is equal to 1.2 mF.cm-2 It shows that the electrochemically active
surface has increased compared to nickel foam. The two NiFe-MOF/NiFe-LDH11 and NiFe-
MOF/NiFe-LDH41 samples have the lowest excess potential values of 280 and 240 mV and
38 and 29 Tafel V.dec-1 slopes, respectively, and have the best electrocatalytic performance.
With the highest value of the double layer capacity equal to 1.63 and 2 mF.cm-2 respectively,
they have the most electrochemical active surface..
كليدواژه هاي فارسي
گرمابي، هيدروكسيدهاي دولايه،آهن،نيكل،چهارچوب هاي فلز آلي
كليدواژه هاي لاتين
Double-layer hydroxides ,Ni,Fe, Metal-organic frameworks
Author
sepideh fereydouni
SuperVisor
Saeid Rastegari, Hajar Ghanbari