Metal-organic framework/graphene oxide derived porous carbons for platinum based electrocatalysts for oxygen reduction reaction
Metal-organik kafes/grafen oksit türevli gözenekli karbonların platin bazlı oksijen indirgenme reaksiyonu elektrokatalizörlerinde kullanımı
- Tez No: 534359
- Danışmanlar: PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Mühendislik Bilimleri, Science and Technology, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 72
Özet
Fosil yakıtların sınırlı kaynaklar olması fosil yakıta dayalı enerji ekonomisini 21'inci yüzyılın bir aşamasında değişmeye zorlayacak. Yenilenebilir enerji ekosistemine geçiş için bataryalar, yakıt ve güneş pilleri ve süperkapasitörler gibi enerji çevrim ve depolama araçlarının verimliliğinin artırılması gerekiyor. Hiyerarşik gözenekli malzemeler katalizörlerdeki kütle transferi ve aktif bölge yoğunluğunu artırmalarından dolayı polimer elektrolit membranlı (PEM) yakıt pillerinde ve bataryalarda kullanılıyorlar. Metal-organik kafes'ler organik moleküllerin metal merkezler ile bağlanması sonucu olşan kontrol edilebilir kristal katılardır. Bu yapılar angstrom ve nanometre seviyesinde moleküler kapılar, geçitler ve gözenekler oluşturabilirler. Metal-organik kafeslerden türemiş gözenekli karbonlar yüksek yüzey alanları ve 3-B ağ yapıları nedeniyle umut vaadeden katalizör destekleridirler. Bu tezde Zn esaslı bir MOF olan zeolitik imidazolat kafes-8 (ZIF-8) ve grafen okstin (GO) hibritleşmesi sonucu oluşan yapıya uygulanan piroliz sonucu gözenekli karbon elde edilmiştir. Fiziksel ve kimyasal karakterizasyonlardan da anlaşılacağı üzere, ZIF-8 grafen oksite ZIF-8'in sentez koşulları sırasında koordine olmuş ve basit karışım durumuna zıt olarak bir hibrit yapısı oluşturmuştur. Hibrit piroliz sıcaklıklarına çıkarıldığında GO'nun ZIF-8 üzerindeki pullanma etkisi sayesinde meso/makroporöz bir yapı elde edilmiştir. Hibrit malzeme üzerine Pt nanoparçacık (Pt NP) kaplanması sonucunda üretilen katalizör (Cat-1) iki farkli referans malzeme olan ZIF-8'in pirolizi üzerinde Pt NP kaplanması (Cat-0) ve indirgnemiş GO üzerine Pt NP kaplanması (Pt/rGO) ile voltametrik deneyler sayesinde karşılaştırılmıştır. Cat-1 katalizörünün oksijen indirgenme reaksiyonu (ORR) için 0.8 V'ta kütle aktivitesi ve spesifik aktivite değerleri Pt/rGO'ya göre daha yüksektir. Yüksek aktivitenin kaynağı olarak Cat-1 katalizöründeki hiyerarşik gözenekli yapının bu katalizördeki kütle transferi özelliklerini yükseltmesi önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
Fossil fuel-based energy economy is bound to change at some point within the 21st century as fossil fuels are inherently limited sources. Energy conversion and storage devices such as batteries, fuel cells, solar cells and supercapacitors need to advance in terms of efficiency for the fruition of a renewable energy ecosystem. Hierarchically porous materials are utilized as catalyst supports in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) and batteries to increase mass transfer and active site density in the catalyst. Metal-organic frameworks (MOFs) are tailorable crystalline solids where organic linker units are connected to metal centers. They may form molecular gates, channels and pores within the framework in angstrom to nanometer scale. Porous carbons derived from metal-organic frameworks are promising catalyst supports owing to their high surface area and 3-D network structure. In this thesis, a porous carbon has been produced from pyrolysis of a hybrid material based on Zn based MOF called zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) and graphene oxide (GO). As observed by physical and chemical characterization, ZIF-8 were coordinated to GO during the synthesis conditions of ZIF-8 and formed a hybrid structure in contrast with simple mixing. Evolution of macro/mesoporosity have been observed when the hybrid was exposed to pyrolyzing temperatures owing to the exfoliating effect of GO on ZIF-8. Pt nanoparticle (Pt NP) deposition on this porous carbon has resulted in catalyst Cat-1, which has been tested via voltammetric experiments against two reference materials; Pt decorated on pyrolyzed ZIF-8 (Cat-0) and Pt decorated on reduced GO (Pt/rGO). Cat-1 exhibits increased mass and specific activity against Pt/rGO at 0.8 V for oxygen reduction reaction (ORR). The nature of increased activity is proposed to be increased mass transport properties of Cat-1 sample that originates from its hierarchical porosity.
Benzer Tezler
- Biyobozunur polimer nanokompozitlerin ve ambalaj filmlerinin hazırlanması
Preparation of biodegradable polymer nanocomposites and packaging films
SHAKOFAH KOSHKI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ
- Zeolitik imidazol çerçeve yapılar (ZIF-8 ve ZIF-67) ile grafen oksit nanokompozitlerinin hazırlanması ve lityum-sülfür bataryalarda kükürt tutucu konak malzeme olarak kullanımı
Preparation of graphene oxide nanocomposites with zeolitic imidazole frameworks (ZIF-8 and ZIF-67) and their use as sulfur host material in lithium-sulfur batteries
AYÇA AYDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
KimyaEskişehir Osmangazi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP YÜKSEL
- Grafen oksit/metal organik kafes (MOF) hibrit membranların geliştirilmesi ve su arıtımında kullanılması
Development of graphene oxide/metal organic framework (MOF) hybrid membranes and their usage in water treatment
GÜLCİHAN ÖZDEM
- Antibakteriyel sentetik ve doğal elyafların hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of antibacterial synthetic and natural fibers
BETÜL YENİDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ
- Biyobozunur polimerlerden ambalaj filmlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of packaging film from biodegradable polymers
ÖZNUR YOLAÇAN
Doktora
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ