Geri Dön

Metal organik çerçeve tabanlı azot katkılı yapıların PEM yakıt pillerinde kullanımı

Utilization of metal-organic frameworks based nitrogen-doped structures in PEM fuel cells

PDF İndir

  1. Tez No: 721617
  2. Yazar: MOHAMED ALI MOHAMUD
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AYŞE BAYRAKÇEKEN YURTCAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Temiz enerji, PEM yakıt pili, destekli katalizör, MOF, ZIF-8, ZIF-67, azot katkılama, Katalizörler, Metal organik kafesler, Yakıt hücreleri, Yeşil enerji, Clean energy, PEM fuel cell, supported catalyst, MOF, ZIF-8, ZIF-67, nitrogen doping, Catalysts, Metal–organic frameworks, Fuel cells, Green energy
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Atatürk Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Amaç: Bu çalışmanın amacı, PEM yakıt pillerinin performansını artırmak için katot elektrot olarak iki farklı zeolitik imidazolat çerçeveden (ZIF) piroliz yöntemiyle elde edilen azot katkılı karbon yapıların platin (Pt) katalizör desteği olarak sentezlenmesi, fiziksel ve eletrokimyasal karakterizasyonlarının yapılmasıdır. Yöntem: Bu çalışma dört aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada ZIF-8 ve ZIF-67 kristal yapıları sentezlenmiştir. İkinci aşamada farklı sıcaklıklarda farklı azot katkılama yüzdelerine sahip destek malzemeleri elde etmek için piroliz işlemi yapılmış ve bu malzemeler fiziksel olarak SEM/EDS, XRD, FTIR, XRD, XPS, elementel analiz ve Raman analizleri ile karakterize edilmiştir. Üçüncü aşamada elde edilen destek malzemeleri üzerine Pt yüklenmesi mikrodalga ısıtma yöntemi kullanılarak yapılmış ve sentezlenen Pt katalizörlerin karakterizyonu XPS, TEM ve XRD ile gerçekleştirilmiştir. Dördüncü aşamada, sentezlenen destekli katalizörlerin elektrokimyasal karakterizasyonları PEM yakıt pili testleri ile incelenmiştir. Bulguları: SEM/EDS, XRD, FTIR, XRD, XPS, elementel analiz ve Raman analizleri, sentezlenen ZIF-8 ve ZIF-67 yapıları ile farklı piroliz sıcaklıklarında elde edilen azot katkılı karbon yapılarının (NC-t) başarı ile sentezlendiğini göstermiştir. SEM/EDS analizleri ZIF malzemelerinin ZIF kristal yapısında yaygın olarak gözlenen eşkenar dörtgen şekline benzer bir morfolojide olduğunu göstermiştir. ZIF-67'den elde edilen destek malzemeleri ile sentezlenen katalizörler PEM yakıt pili testlerinde daha yüksek performans göstermiştir. ZIF-67'den 1000 ⷪC piroliz sıcaklığında sentezlenen katalizör 0,6 V ta 380 mA/cm2 akım yoğunluğuna ve 0,32 W/cm2 güç yoğunluğuna sahiptir. ZIF-8 bazlı katalizörlerde ise en yüksek performans 800 ⷪC piroliz sıcaklığında sentezlenen katalizörden elde edilmiştir. Sonuç: Bu çalışma ZIF-8 ve ZIF-67'den elde edilen azot katkılı karbon malzemelerin destek olarak kullanıldığı Pt bazlı katalizörlerin fiziksel ve elektrokimyasal özelliklerinin piroliz sıcaklıklarından oldukça fazla etkilendiğini göstermiştir.

Özet (Çeviri)

Purpose: The aim of this study is to synthesize nitrogen-doped carbon structures obtained by pyrolysis method as platinum (Pt) catalyst support for cathode electrodes to improve the performance of PEM fuel cells by using two different zeolitic imidazole frameworks (ZIF) and carry out physical and electrochemical characterizations. Method: This study consists of four steps. In the first step, ZIF-8 and ZIF-67 crystal structures were synthesized. In the second step, pyrolysis was performed to obtain support materials with different nitrogen doping percentages at different temperatures and these materials were physically characterized by SEM/EDS, XRD, FTIR, XRD, XPS, elemental analysis and Raman analysis. Pt loading on the support materials obtained in the third step was made using microwave irradiation method and the characterization of the synthesized Pt catalysts was carried out with XPS, TEM and XRD. In the fourth step, the electrochemical characterizations of the synthesized supported catalysts were investigated by PEM fuel cell tests. Findings: SEM/EDS, XRD, FTIR, XRD, XPS, elemental analysis and Raman analysis showed that the synthesized ZIF-8 and ZIF-67 structures and nitrogen-doped carbon structures (NC-t) obtained at different pyrolysis temperatures were successfully synthesized. SEM/EDS analyzes showed that ZIF materials have a morphology similar to the rhombic shape commonly observed in the ZIF crystal structure. Catalysts synthesized with support materials obtained from ZIF-67 showed higher performance in PEM fuel cell tests. The catalyst synthesized from ZIF-67 at 1000 ⷪC pyrolysis temperature has a current density of 380 mA/cm2 at 0.6 V and a power density of 0.32 W/cm2. In ZIF-8 based catalysts, the highest performance was obtained from the catalyst synthesized at 800 ⷪC pyrolysis temperature. Results: This study showed that the physical and electrochemical properties of Pt-based catalysts, in which nitrogen-doped carbon materials obtained from ZIF-8 and ZIF-67 are used as support, are highly affected by pyrolysis temperatures.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    1015962

    Mof-based mixed matrix gas separation membranes with a novel copolyimide matrix

    Özgün bir kopoliimid tabanlı mof-katkılı karışık matrisli gaz ayırma membranları

    SÜLEYMAN BERKAY TATLICI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2026

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ

  2. Tez No

    993013

    Akıllı telefon ekranı atıklarından nadir toprak elementlerinin geri kazanımı için MOF membranının tasarımı ve uygulaması

    Design and application of a MOF membrane for rare earth elements recovery from smartphone screen waste

    MURAT CAN GİRGİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BİHTER ZEYTUNCU GÖKOĞLU

    DOÇ. DR. MEHMET ŞEREF SÖNMEZ

  3. Tez No

    323732

    Occurrence, fate and effects of pharmaceuticals and hormones in aquatic environment

    Sucul ortamlarda ilaç ve hormonların saptanması, davranış ve etkileri

    EGEMEN AYDIN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İLHAN TALINLI

  4. Tez No

    941591

    Investigating the use of composites of hydrogels and metalorganic frameworks for heavy metal removal using artificial intelligence

    Yapay zeka kullanarak ağır metal giderimi için hidrojel ve metal organik çerçevelerin kompozitlerinin kullanımının incelenmesi

    DERYA OZAN KAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Kimya MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. UĞUR ÖZVEREN

  5. Tez No

    1019360

    Design of functional polyhipe and MOF architectures for tunable heterogeneous catalysis

    Ayarlanabilir heterojen kataliz için fonksiyonel polyhıpe ve MOF tabanlı mimarilerin tasarımı

    ÇİĞDEM ÇAKICI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2026

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ERDEM YAVUZ

    DOÇ. DR. VOLKAN DEĞİRMENCİ

Geri Dön