ساخت، بهینه سازی و ارزیابی الکتروکاتالیست آهن ـ کبالت برروی بستر گرافن در واکنش آزادسازی هیدروژن

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

در این پژوهش، الکتروکاتالیست FeCo/rGO با استفاده از روش حلال ­گرمایی (سولوترمال) ساخته شده و برای کاربرد در واکنش آزادسازی هیدروژن در محیط آلکالاین مورد ارزیابی قرار گرفت. درصد­های گونگون فلزهای آهن و کبالت بر روی بستر گرافن در این نمونه مورد بررسی قرار گرفته و درصد بهینه­ ی ابن فلزها در آلیاژ مربوطه تعیین شد.  فعالیت کاتالیست ­های آلیاژی آهن- کبالت به روش ­های گوناگون الکتروشیمیایی در محلول یک مولار پتاسیم هیدروکسید مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی نتیجه ­های ارزیابی­ های ولتامتری چرخه­ ای و روبش خطی الکتروکاتالیست­ های آهن ـ کبالت نشان داد که الکتروکاتالیست Fe0.5Co0.5/rGO فعالیت الکتروشیمیایی بالاتری در واکنش آزادسازی هیدروژن دارد. این نمونه با نمایش پتانسیل مازاد آغازین برابر با mV 129-،  پتانسیل اضافه mV  245- در چگالی جریانmA / cm2  10 و شیب تافلی mV/de 165 دارای فعالیت بهتری نسبت به سایر نمونه­ ها می­ باشد. به‌منظور ارزیابی ساختاری این کاتالیست ­ها از فناوری­ های شناسایی XRD، TEM  و FT-IR بهره گرفته شد که نشان داد نانو ذرات آهن ـ کبالت در فاز کوبیک بوده و دارای ابعادی در حدود 36 نانومتر می ­باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Gupta  R.B.," Hydrogen Fuel: Production, Transport, and Storage'', CRC Press(2008).
[2] Taylor  J.R.,''Risk Analysis for Process Plant, Pipelines and Transport'', Routledge (2003).
[3] Luo Q., Peng M., Sun X., Luo Y., Asiri  A.M., Efficient Electrochemical Water Splitting Catalyzed by Electrodeposited Nife Nanosheets FilmInternational Journal of Hydrogen Energy41(21): 8785-8792 (2016).
[4] Godula-Jopek  A.,''Hydrogen Production: by Electrolysis'', John Wiley & Sons, Inc. (2015).
[5] Wietschel  M., Ball  M. and Seydel  P., "Hydrogen TodayThe Hydrogen Economy". CambridgeUniversity Press, Cambridge, 254-270 (2009).
[6] Lueking  A.D., Yang  R.T., Hydrogen Spillover to Enhance Hydrogen Storage—Study of the Effect of Carbon Physicochemical PropertiesApplied Catalysis A: General265(2): 259-268 (2004).
[7] Bardal  E.,'' Corrosion and Protection'', Springer Science & Business Media (2007).
[10] Li S., Wang  Y., Peng  S., Zhang  L., Al‐Enizi, A.M., Zhang, H., Sun, X. and Zheng, G., Co–Ni‐Based Nanotubes/Nanosheets as Efficient Water Splitting ElectrocatalystsAdvanced Energy Materials6(3): (2016).
[11] قنبرلو، ح؛ روشن ضمیر، س؛ پرنیان، م ج؛ مقایسه فعالیت کاتالیستهای دو فلزی NG/Co-Fe و MWCNT/Co-Fe برای واکنش احیای اکسیژن در کاتد پیلهای سوختی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 36:151-162 (2017).
[12]  کوشکی، ع؛ روشن ضمیر، س؛ بهینه سازی لایه ی کاتالیست کاتدی در پیلهای سوختی غشای تبادل پروتون، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 34: 21-30  (2015).
[13] Zhou  W., Jia  J., Lu  J., Yang  L., Hou  D., Li  G. Chen  S., Recent Developments of Carbon-Based Electrocatalysts for Hydrogen Evolution ReactionNano Energy28: 29-43  (2016).
[14] Ma W., Ma R., Wang  C., Liang  J., Liu  X., Zhou  K. Sasaki  T., A Superlattice of Alternately Stacked Ni–Fe Hydroxide Nanosheets and Graphene for Efficient Splitting of WaterACS Nano9(2): 1977-1984 (2015)
[15] Yan Y., Xia B.Y., Zhao B., Wang X., A Review on Noble-Metal-Free Bifunctional Heterogeneous Catalysts for Overall Electrochemical Water SplittingJournal of Materials Chemistry A4(45): 17587-17603 (2016).
[16] Hummers Jr, W.S. and Offeman R.E., Preparation of Graphitic OxideJournal of the American Chemical Society80(6):  1339-1339 (1958).
[18] Gong M., Zhou W., Tsai M.-C., Zhou J., Guan M., Lin M.-C., Zhang B., Hu Y., Wang D.-Y., Yang J., Nanoscale Nickel Oxide/Nickel Heterostructures for Active Hydrogen Evolution ElectrocatalysisNature Communications5: 4695 (2014).
[19] Gong M., Zhou W., Kenney M.J., Kapusta R., Cowley S., Wu  Y., Lu  B., Lin  M.C., Wang  D.Y. and Yang  J., Blending Cr2O3 into a Nio–Ni Electrocatalyst for Sustained Water SplittingAngewandte Chemie127(41): 12157-12161 (2015).
[20] McKone  J.R., Sadtler  B.F., Werlang  C.A., Lewis  N.S., Gray  H.B., Ni–Mo Nanopowders for Efficient Electrochemical Hydrogen EvolutionACS Catalysis,  3(2): 166-169  (2013).
[21] Wang  H., Lee  H.-W., Deng  Y., Lu  Z., Hsu  P.-C., Liu  Y., Lin  D., Cui  Y., Bifunctional Non-Noble Metal Oxide Nanoparticle Electrocatalysts Through Lithium-Induced Conversion for Overall Water SplittingNature Communications6: (2015).
[22] Müller  C.I., Rauscher T., Schmidt A., Schubert T., Weißgärber T., Kieback B., Röntzsch L., Electrochemical Investigations on Amorphous Fe-Base Alloys for Alkaline Water ElectrolysisInternational Journal of Hydrogen Energy,  39(17): 8926-8937 (2014).
[23] Zheng  Y., Jiao  Y., Li  L.H., Xing  T., Chen Y., Jaroniec, M., Qiao S.Z., Toward Design of Synergistically Active Carbon-Based Catalysts for Electrocatalytic Hydrogen EvolutionACS Nano8(5): 5290-5296 (2014).
[24] Wei L., Karahan H.E., Goh K., Jiang W., Yu D., Birer Ö., Jiang R., Chen Y., A High-Performance Metal-Free Hydrogen-Evolution Reaction Electrocatalyst from Bacterium Derived CarbonJournal of Materials Chemistry A3(14): 7210-7214 (2015).
[25] Zhiani  M., Jalili  F., Kamali  S., In Situ Cathode Polarization Measurement in Alkaline Anion Exchange Membrane Water Electrolyzer Equipped with a Pdnifeco/C-Ceria Hydrogen Evolution ElectrocatalystInternational Journal of Hydrogen Energy42(43): 26563-26574 (2017).