دفاعیه ارشد: کاهش پتانسیل مازاد در فرایند شکافت آب بر پایه نانوساختارهای نیکل-کبالت

کاهش پتانسیل مازاد در فرایند شکافت آب بر پایه نانوساختارهای نیکل-کبالت روز دوشنبه، 13 بهمن، 1404 توسط دانشگاه تربیت مدرس در شهر تهران استان تهران برگزار می شود.

عنوان: کاهش پتانسیل مازاد در فرایند شکافت آب بر پایه نانوساختارهای نیکل-کبالت چکیده: با توجه به کاهش منابع سوخت های فسیلی و پیامدهای زیست محیطی آن ها، تولید هیدروژن از طریق شکافت آب به عنوان یک راهکار پاک و پایدار مورد توجه است. توسعه الکتروکاتالیست های پایدار، با کارایی بالا و کم هزینه هنوز چالشی اساسی است. هیدروکسیدهای دوگانه لایه ای فلزات واسطه، به ویژه ترکیبات مبتنی بر نیکل، کبالت و آهن به دلیل فعالیت کاتالیستی مطلوب در محیط های قلیایی مورد توجه اند، هرچند محدودیت هایی نظیر رسانندگی پایین و خودانباشتگی صفحات، عملکرد آن ها را کاهش می دهد. در این پژوهش، نانومیله هایی از جنس هیدروکسی کربنات نیکل–کبالت بر روی فوم نیکل رشد داده شد و سپس با نانوصفحات هیدروکسید دوگانه لایه ای نیکل–کبالت و در مرحله بعد نانوصفحات هیدروکسید دوگانه لایه ای نیکل–آهن اصلاح شد تا به ترتیب ساختارهای سلسله مراتبی هسته–پوسته و هسته–پوسته دوگانه ایجاد شود. این ساختارها سطح فعال را افزایش داده، از خودانباشتگی صفحات جلوگیری و انتقال بار را بهبود می بخشند. نتایج الکتروشیمیایی در محلول 1 مولار پتاسیم هیدروکسید نشان داد؛ فوم نیکل با نانومیله های هیدروکسی کربنات نیکل–کبالت، پتانسیل مازاد در چگالی جریان 100 میلی آمپر بر سانتی متر مربع را از 830 میلی ولت برای فوم نیکل به 726 میلی ولت و مقاومت انتقال بار در پتانسیل 65/0 ولت را از 60/1به 03/1 اهم کاهش داد. اصلاح ساختار با نانوصفحات هیدروکسید دوگانه لایه ای نیکل–کبالت، پتانسیل مازاد را به 661 میلی ولت و مقاومت انتقال بار را به 99/0اهم رساند و افزودن نانوصفحات هیدروکسید دوگانه لایه ای نیکل–آهن این مقادیر را به 566 میلی ولت و 33/0اهم کاهش داد که نشان دهنده اثر هم افزایی یون های Ni²⁺، Co²⁺ و Fe³⁺ و افزایش فعالیت ذاتی سایت های کاتالیستی است. اصلاح ساختار همچنین ترشوندگی سطح الکترود را بهبود داد. محاسبات فشار لاپلاس نشان داد که ساختارهای اصلاح شده دارای فشار لاپلاس منفی هستند؛ به طوری که مقدار فشار لاپلاس برای ساختار هسته–پوسته نیکل–کبالت برابر با 17×106/4- پاسکال و برای ساختار هسته–پوسته دوگانه نیکل–آهن برابر با 93×106/7- پاسکال به دست آمد که بیانگر خاصیت آبدوستی تقویت شده است. تحلیل انرژی آزاد گیبز نیز نشان داد که زاویه تماس قطره روی سطح به سمت صفر میل می کند و خاصیت ابرآبدوستی ایجاد می شود. در مجموع، استفاده از نانومیله های هیدروکسی کربنات نیکل–کبالت به عنوان ساختار پایه و اصلاح آن با نانوصفحات هیدروکسید دوگانه لایه ای نیکل-کبالت و نیکل-آهن، ضمن بهره گیری از اثر هم افزایی یون های Ni²⁺،Co²⁺ وFe³⁺، منجر به کاهش پتانسیل مازاد، بهبود ترشوندگی سطح و در نتیجه ارتقای عملکرد الکتروکاتالیستی برای تولید هیدروژن می شود. واژه های کلیدی: هیدروکسیدهای دوگانه لایه ای، هیدروکسی کربنات، الکتروکاتالیست ، نانوساختار، شکافت آب، هسته-پوسته
معرفی سخنرانان: ارائه کننده: فاطمه بهزادی گودری استاد راهنما: دکتر امیر بیات استاد ناظر داخلی: دکتر سیدایمان میرزایی استاد ناظر خارج از دانشگاه: دکتر علیرضا ذاکر مشفق نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر ملیحه قدرت مکان: سالن همایش دانشکده علوم پایه تاریخ: دوشنبه 13/11/1404 ساعت: 15:00