Alkali su ayırma yoluyla hidrojen üretimi için bor katkılı grafen bazlı elektrokatalizör geliştirilmesi
Developing boron doped graphene based electrocatalyst for hydrogen production via alkaline water splitting
- Tez No: 1010166
- Danışmanlar: PROF. DR. FATİH AKKURT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, alkali ortamda suyun elektrolizi yoluyla hidrojen üretimini iyileştirmek amacıyla grafen temelli, bor doplu grafen destekli ve Ni ve/veya Co içeren bir dizi katot elektrokatalizörü geliştirilmiştir. Öncelikle, destek malzemesi olarak Hummer's yöntemiyle sentezlenen grafit oksitin (GO) borik asit (H3BO3) varlığında hidrotermal yöntem ile eş zamanlı indirgenmesi ve bor doplanması ile bor doplu indirgenmiş grafen oksit (B-rGO-H) destek malzemesi elde edilmiştir. Sonrasında, modifiye poliol yöntemiyle %5 ve %15 başlangıç metal yüklemesine sahip Ni@B-rGO-H-5, Co@B-rGO-H-5, NiCo(5:1)@B-rGO-H-5, Ni@B-rGO-H-15, Co@B-rGO-H-15 ve NiCo(5:1)@B-rGO-H-15 elektrokatalizörleri hazırlanmıştır. Sentezlenen malzemelerin karakterizasyonu için FTIR, Raman, XRD, N2 adsorpsiyon-desorpsiyon, XPS, ICP-OES, SEM-EDS ve HR-TEM tekniklerinden yayarlanılmıştır. Elektrokimyasal performans, 1 M KOH ortamında üç elektrotlu hücrede doğrusal tarama voltametrisi (LSV), döngüsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve kronopotansiyometri (CP) tekniklerinden yararlanılarak incelenmiştir. NiCo(5:1)@B-rGO-H-5 ve NiCo(5:1)@B-rGO-H-5 elektrokatalizörleri sırasıyla Ni@B-rGO-H-5, Co@B-rGO-H-5, Ni@B-rGO-H-15, Co@B-rGO-H-15, elektrokatalizörleri ile kıyaslandığında her iki metal yüklemesi için de 5:1 oranında Co eklenmesinin elektrokatalitik performansı geliştirdiği görülmüştür. Bu durum sentezlenen katalizörde Ni ve Co arasında bir sinerjik etki oluştuğunu göstermiştir. Sentezlenen elektrokatalizörler arasında en iyi elektrokatalitik performans, NiCo(5:1)@B-rGO-H-15 elektrokatalizöründe elde edilmiş; 10 mA cm-2 akım yoğunluğu için 242 mV aşırı gerilim, 165 mV dec⁻¹ Tafel eğimi ve yalnızca 10 mV kayıpla 1000 CV döngüsü boyunca yüksek stabilite gözlenmiştir. Bu başarı, bor katkılı grafenin arttırılmış yük transferine, Ni-Co arasındaki sinerjiye ve homojen metal dağılımına bağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar, bor doplu grafen destekli NiCo elektrokatalizörlerin alkali ortamda suyun elektrolizi yoluyla sürdürülebilir hidrojen üretimi için iyi bir aday olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, a series of graphene-based cathodic electrocatalysts supported on boron-doped reduced graphene oxide and containing Ni and/or Co were developed to enhance hydrogen production via water electrolysis in alkaline media. Firstly, graphite oxide (GO), synthesized by the Hummers' method, was simultaneously reduced and boron-doped in the presence of boric acid (H3BO3) through a hydrothermal process to obtain the boron doped reduced graphene oxide (B-rGO-H) support material. Subsequently, Ni@B-rGO-H-5, Co@B-rGO-H-5, NiCo(5:1)@B-rGO-H-5, Ni@B-rGO-H-15, Co@B-rGO-H-15, and NiCo(5:1)@B-rGO-H-15 electrocatalysts with initial metal loadings of 5% and 15% were prepared using a modified polyol synthesis method. The synthesized materials were characterized using FTIR, Raman, XRD, N2 adsorption-desorption, XPS, ICP-OES, SEM-EDS, and HR-TEM techniques. Electrochemical performance was evaluated in 1 M KOH using a three-electrode system through linear sweep voltammetry (LSV), cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and chronopotentiometry (CP). Compared with Ni@B-rGO-H-5, Co@B-rGO-H-5, Ni@B-rGO-H-15, and Co@B-rGO-H-15, the incorporation of Co at a Ni:Co ratio of 5:1 significantly enhanced the electrocatalytic performance for both metal loadings. This improvement indicates the presence of a synergistic interaction between Ni and Co in the synthesized catalysts. Among all the prepared electrocatalysts, NiCo(5:1)@B-rGO-H-15 exhibited the best electrocatalytic performance, delivering an overpotential of 242 mV at a current density of 10 mA cm-2, a Tafel slope of 165 mV dec-1, and high stability with only a 10 mV loss after 1000 CV cycles. This superior performance is attributed to the enhanced charge transfer provided by the boron-doped graphene support, the synergistic effect between Ni and Co, and the homogeneous distribution of metal nanoparticles. Overall, the results demonstrate that boron-doped graphene-supported NiCo electrocatalysts are promising candidates for sustainable hydrogen production via alkaline water electrolysis.
Benzer Tezler
- Membrane fabrication using nanocrystalline cellulose
Nanokristal selüloz kullanılarak membran üretimi
ECEM VOLKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR ZEYNEP ÇULFAZ EMECEN
- Organik kimyasallar ve ham petrol içeren kirlenmiş deniz suyunun tarımsal biyokütleden hidrofobik ve süper oleofilik karbon fiber aerojel üretilerek temizlenmesi
Cleaning of contaminated sea water containing organic chemicals and crude oil by production of hydrophobic and super oleophic carbon fiber aerogel from agricultural biomass
MERVE AYTEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA
- Geniş metal destekler üzerinde zeolit kaplamalarının hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation of zeolite coatings on large supports and their characterization
TAYLAN MARAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ERDEM
- Van ilinden alınan sıcak su örneklerinden termofilik bakterilerin izolasyonu, identifikasyonu, Bacillus licheniformis EA10'dan proteaz enziminin üçlü faz ayırma sistemi (TPP) ile saflaştırılması ve karakterizasyonu
Isolation and identification of Thermophilic bacteria isolated from hot water samples collected in Van province, Turkey and purification-characterization of protease enzyme from Bacillus licheniformis EA10 isolate with three phase partitioning system
ESRA ALÇİÇEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
BiyokimyaAtatürk ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELDA ŞİŞECİOĞLU
- Bazı eser ağır metal iyonlarının membran filtreler üzerinde zenginleştirilmesi
Preconcentration of some trace heavy metal ions on membrane filters
RUKİYE SUNGUR ÇAY