Synthesis and characterization of mesoporous nickel oxide and nickel cobaltite thin films
Mezogözenekli nikel oksit ve nikel kobalt oksitince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 593610
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Bu tezde, eriyik tuz yardımlı kendiliğinden oluşma (EYKO) metodu uyarlanarak, mezogözenekli nikel oksit (m-NiO) ve nikel kobalt oksit (m-NiCo2O4) ince film sentezi gerçekleştirilmiştir. m-NiO ve m-NiCo2O4 filmleri, nikel tuzu ve nikel tuzu ve kobalt tuzu karışımının ve iki yüzey aktifin (yüklü, CTAB ve nötr C12EO10) oluşturduğu saydam etanol çözeltilerinin kaplanması ve değişik sıcaklıklarda (250-500 oC) yakılması ile elde edilmiştir. Bu metot, mezogözenekli ince filmler üretmek amacıyla, geniş bir tuz konsantrasyonu aralığında oluşturulan liyotropik sıvı kristal (LSK) ara fazların yakılmasıyla test edilmiştir. Her iki sistem de (Ni(II) ve Ni(II)/Co(II)), geniş bir tuz konsantrasyonu aralığında (tuz/yüzey aktif madde mol oranı 2-8), etanolün ortamdan buharlaşmasıyla, kararlı ve düzenli LSK arafazlarını oluşturur. Bu fazlar, hem saydam çözeltilerin döngülü kaplama yöntemi ile (ki bu yöntem etanolün daha hızlı buharlaşmasını ve LSK jel fazının ince film şeklinde oluşmasını sağlar) hem de damlatma yayma yöntemi ile (jelleşme daha uzun zaman alır) elde edilebilir. Daha yüksek tuz konsantrasyonlarında (10-30 tuz/yüzey aktif madde mol oranlarında), arafaz düzensizdir ve tuz kristalleri atımı gözlemlenir. Fakat, eğer örnekler jelleşme aşamasından hemen sonra yakılırsa, bu yüksek tuz oranlı malzemeler mezogözenekli metal oksit üretimi için yine de kullanılabilirler. Arafazlar düşük tuz oranlarında hekzagonal fazda iken yüksek tuz oranlarında düzensiz kübik arafazındadır. Yakılmış filmler, x-ray difraktometresi (XRD), N2-adsorpsiyon- desorpsiyon, görüntüleme (SEM, TEM ve POM) ve spektroskopi (UV-Vis, XPS, EDX, ATR-FTIR) teknikleri ile karakterize edilmiştir. N2-adsorpsiyon- desorpsiyon izotermleri, tip IV'e aittir ve bu izotermler mezogözenekli malzemeler için karakteristiktir. XRD verileri gösteriyor ki; m-NiO ve m-NiCo2O4 kristalleri, sırasıyla 300 oC ve 250 oC de 3-4 nm gözenek duvar kalınlığıyla oluşur. Gözenek duvarları, yakma sıcaklığının 500 oC'ye çıkmasıyla 20 nm'ye kadar artmaktadır. Bu sonuçlar, sıcaklığın artmasıyla düşen BET yüzey alanı verileri ile uyumludur; m-NiO için 300 oC'de 223 m2/g olan yüzey alanı 500 oC'ye gelindiğinde 20 m2/g'a kadar düşerken, m-NiCo2O4 de 300 oC'de 223 m2/g olan yüzey alanı 500 oC'ye gelindiğinde 31 m2/g'a düşer. Gözlenen difraksiyon grafikleri, NiO için NaCl kübik yapısına ve NiCo2O4 için kübik spinel yapısına indekslenmiştir. Difraksiyonların daha keskin hale gelmesi, kristallenme ve gözenek duvarının büyümesini ve dolayısıyla yüzey alanının küçülmesini göstermektedir. m-NiO ve m-NiCo2O4 filmleri elektrokromik ve su oksidasyon elektrotları olarak kullanılmak için FTO cam alttaşlar üzerine de kaplanmıştır. NiO malzemesi, dönüşümlü voltamogram, su oksidasyon prosesi ve elektrokromik dönüşümü boyunca, nanokristal NiO gözenek duvarlarının sadece birkaç atomik katmanı yükseltgenme sırasında NiOOH'e ve indirgenme sırasında ise Ni(OH)2 dönüşmektedir; böylece elektrokimyasal işlem sonucunda başlangıçta saf NiO olan malzeme Ni(OH)2 kaplı NiO (çekirdek-katman yapısı) formuna dönüşür. Yüksek yüzey alanı ve elektrokimyasal kararlılığa sahip olan ve kapasitif özelliği umut vadeden NiO ve NiCo2O4, elektrokatalizör olarak kullanılmıştır. Tafel eğrisi analizi ile nikel kobalt oksitler düşük ek potansiyellerde suyu okside edebileceği görülmüştür ve bu malzeme suyu oksijene ve hidrojene ayırma işleminde umut vadeden bir elektrokatalizördür.
Özet (Çeviri)
In this thesis work, molten-salt assisted self-assembly (MASA) approach was adopted to synthesize mesoporous nickel oxide (m-NiO) and nickel cobaltite (m-NiCo2O4) thin films. The m-NiO and m-NiCo2O4 films were obtained by coating clear ethanol solutions of nickel salt and two surfactants (charged, CTAB and neutral, 10-lauryl ether), and nickel and cobalt salts with the same surfactants, respectively, followed by calcination at different temperatures (between 250 and 500 oC). The method has been established in a very broad range of salt concentrations in the lyotropic liquid crystalline (LLC) mesophase that can be calcined to produce mesoporous thin films. Both Ni(II) and Ni(II)/Co(II) systems form stable and oriented LLC mesophases in a broad range of salt concentrations (salt surfactant mole ratio of 2-8) upon evaporation of ethanol from the media. This can be achieved by either spin coating of the clear solutions (this ensure immediate evaporation of ethanol, leaving the LLC gel phase as thin film) or drop casting and evaporation of ethanol (the gelation process takes more time). At higher salt concentrations (10-30 salt/surfactant mole ratios), the mesophase is disordered and leach out salt crystals. However, those compositions can still be used for the synthesis of mesoporous metal oxides, if the samples are calcined immediately after the gelation step. The mesophase is 2D hexagonal at low salt concentrations and disordered or cubic at higher salt concentrations. The calcined films were characterized by recording x-ray diffraction (XRD), N2-adsorption desorption measurements, imaging (SEM, TEM, and POM) and spectroscopic (UV-Vis, XPS, EDX, and ATR-FTIR) techniques. The N2 adsorption-desorption isotherms are type IV and characteristic for mesoporous materials. The XRD data show that the crystalline m-NiO and m-NiCo2O4 form at around 300 and 250 oC, respectively, with a pore-wall thickness of around 3-4 nm. The pore-walls grow with increasing the calcination/annealing temperature up to 20 nm at around 500 oC. It accords well with the BET surface area that decreases with increasing calcinations temperature; it is 223 m2/g at 300 oC and drops to 20 m2/g at 500oC in mesoporous nickel oxide, and 223 m2/g at 250 oC and drops to 31 m2/g at 500 oC in mesoporous nickel cobaltite. The observed diffraction patterns can be indexed to rock salt cubic structure of NiO and cubic spinel structure of NiCo2O4. The diffraction lines gradually become sharper indicating crystallization and growth of the pore-walls that accord well with the reduction on the surface area. The m-NiO and m-NiCo2O4 films can be coated over FTO glass to use as an electrochromic electrode (oxidation dark-reduction clear) and electrode for water oxidation reactions (WOR) and WOR, respectively. In nickel oxide case, during cyclic voltammograms cycling, water oxidation process, and electrochromic switching, a few atomic layer of nanocrystalline NiO pore-wall is converted to NiOOH in oxidation and Ni(OH)2 upon reduction processes; initially formed nanocrystalline NiO (after calcination) pore-walls become NiO coated Ni(OH)2 (core-shell structure) upon electrochemical treatments. Both NiO and NiCo2O4 having high surface area and electrochemical stability show promising capacitive properties and can be used as electrocatalysts. From the Tafel slope analysis, it has been shown that nickel cobaltite can oxidize water at low overpotentials and therefore can be used as a promising water splitting catalyst.
Benzer Tezler
- Karbondioksit ve karbonmonoksit metanlaşma reaksiyonu için zeolit destekli katalizör geliştirilmesi
Development of zeolite supported catalysts for the carbondioxide and carbonmonoxide methanation reaction
SELİN ODABAŞI ERKAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ DEREKAYA
- Acid-salt-surfactant lyotropic liquid crystalline mesophases: Synthesis, characterization, and electrochemical properties of mesoporous M2P2O7 and M2- XM'XP2o7 (M and M'= MN(II), CO(II) and NI(II)) powders and films
Asit-tuz-yüzey aktif madde liyotropik sıvı kristal arafazlar: Mezogözenekli M2P2O7 ve M2-XM'XP2o7 (M ve M'= MN(II), CO(II) ve NI(II)) tozlarının ve filmlerinin sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal davranışları
IŞIL ULU
- High power 4.7 V nanostructured spinel lithium manganese nickel oxide lithium-ion battery cathode materials
Başlık çevirisi yok
MUHARREM KUNDURACI
Doktora
İngilizce
2007
KimyaRutgers, The State University of New Jersey-New Brunswick CampusPROF. GLENN G. AMATUCCI
- Etilendiamin bisboranın hidrolizinden hidrojen üretimi için kobalt, nikel, bakır emdirilmiş Al-sütunlu kil katalizör sentezi ve karakterizasyon çalışmaları
Synthesis of cobalt, nickel, copper impregnated Al-pillared clay catalysts for hydrogen generation by hydrolysis of ethylenediamine bisborane and characterization studies
BATUHAN GARİP
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FUNDA TURGUT BAŞOĞLU
- Synthesis, characterization, and electrochemical properties of mesoporous spinel LiMn2-xMxO4 (M = Mn, Fe, Co, Ni, and Cu) thin films
Mezogözenekli spinel LiMn2-xMxO4 (M = Mn, Fe, Co, Ni, and Cu) ince filmlerin sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal özellikleri
IRMAK KARAKAYA DURUKAN