Synthesis and characterization of Zn (zinc), Co (cobalt), Fe (iron) containing metal organic frameworks (MOFs) for microbial fuel cells (MFCs)
Mikrobiyal yakıt hücrelerinde (MYH) kullanılmak üzere Zn (çinko), Co (kobalt), Fe (demir) içeren metal organik kafes yapıların (MOFs) sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 795241
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OKTAY DEMİRCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 156
Özet
Yüksek yüzey alanı, değişken işlevsellikler ve yapısal çeşitlilik, kararlılık ve gözenekli yapı gibi özellikleri sayesinde metal organik kafesler (MOFs), Mikrobiyal Yakıt Hücresi (MYH) katot katalizörleri olarak kullanılabilir. Bu çalışmada, çinko (Zn), kobalt (Co) ve demirin (Fe) metal tuzlarından, fumarik asit, tereftalik asit, 2-aminotereftalik asit ve 2-metilimidazol gibi organik bağlayıcılardan kolay ve enerji verimli sonokimyasal ve oda sıcaklığında sentez metotlarıyla MOF yapılar sentezlendi. Metal katkılamanın, kullanılan metal tuzunun, reaktant molar oranlarının ve konsantrasyonlarının MOF yapıları üzerindeki etkisi araştırılmış ve oluşan malzemeler Taramalı Elektron Mikroskobu/Enerji Dağılımlı XIşını Analizi (SEM/EDX) ve X-Işını Kırınım Analizi (XRD) ile incelenmiştir. Elde edilen MOF yapılarının MYH katot katalizörü olarak uygulanabilirliği karbon siyahı (CB) ve bağlayıcı olarak polivinil alkol (PVA) içeren bulamaçlar hazırlanarak paslanmaz çelik ağ (stainless-steel mesh, SSM) akım toplayıcıları üzerine kaplanarak ilk kez incelenmiştir. Kaplanmış SSM morfolojileri SEM, elektrokimyasal özellikleri ise Kronopotansiyometri ve Dönüşümlü Voltametri (CV) ile gerçekleştirilmiştir. CV analizlerinde en iyi oksijen indirgenme performansı %80 ZIF-L/%10 CB/%10 PVA içeren bulamaç ile kaplanmış SSM ile gözlenmiştir. ZIF-8/CB/PVA, ZIF-L/CB/PVA, Zn-katkılı ZIF-67/CB/PVA ve MIL88A/CB/PVA kompozit kaplamalarına sahip katotlar E. Coli K-12 ile aşılanmış iki bölmeli MYH'lerinde kullanılarak performansları Açık Devre Gerilimi (OCV), Doğrusal Taramalı Voltametri (LSV) ve Elektrokimyasal İmpedans Spektroskopi (EIS) ile araştırılmış ve %80 ZIF-L/%10 CB/%10 PVA içeren kaplamaya sahip katotlu MYH, en düşük yük aktarım direncini ve en yüksek akım yoğunluğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Metal organic Frameworks (MOFs) with their unique characteristics such as high surface area, variable functionalities and structural diversity, stability, and porous structure can be used as Microbial Fuel Cell (MFC) cathode catalysts. In this study, MOFs are synthesized from metal salts of zinc (Zn), cobalt (Co) and iron (Fe) and organic linkers as fumaric acid, terephthalic acid, 2-aminoterephthalic acid and 2-methlyimidazole via room temperature and sonochemical synthesis methods which are easy and energy-efficient. Effect of metal doping, reactant molar ratios and concentrations and metal ion precursors on synthesis of MOFs were investigated and formed frameworks are characterized by Scanning Electron Microscopy/Energy Dispersive X-Ray Analysis and X-Ray Diffraction Analysis. Obtained MOFs' applicability as Microbial Fuel Cell (MFC) cathode catalysts are studied by preparing slurries with carbon black (CB) and polyvinyl alcohol (PVA) as binder, coating them on stainless-steel mesh (SSM) current collectors for the first time. Electrochemical characterization of coated SSMs were performed via Chronopotentiometry and Cyclic Voltammetry (CV) and morphology of the coatings were established via SEM. SSM coated with 80% ZIF-L/10% CB/10% PVA slurry demonstrated the best oxygen reduction reaction (ORR) performance via CV. SSMs with ZIF 8/CB/PVA, ZIF-L/CB/PVA, Zn-doped ZIF67/CB/PVA, and MIL-88A/CB/PVA composites that had demonstrated catalytic activity towards ORR utilized in MFCs for further performance analysis by Open Circuit Voltage (OCV), Linear Sweep Voltammetry (LSV) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) in a two-chamber MFC inoculated with E.Coli K-12. Among the MFCs with novel cathodes, MFC with SSM cathode containing 80% ZIF-L/10% CB/10% PVA coating demonstrated the lowest charge transfer resistance and highest current density.
Benzer Tezler
- Yeni tip tetrakis-[4-(1-(piridin-4-IL) etoksil)] sübstitüsyonlu ftalosiyanin komplekslerinin sentezi ve spektrofotometrik karakterizasyonu
Novel tetrakis- [4- (1- (pyridin-4-IL) ethoxyl)] substituted phthalocyanines : Synthesis and spectrophotometric characterization
BETÜL ÖZDEMİR
- Selüloz bazlı yeni bir iyon değiştirici reçinenin sentezi, karakterizasyonu ve sulu çözeltilerden ağır metallerin uzaklaştırılmasında kullanımının incelenmesi
Synthesis and characterization of a new cellulose based ion exchanger and use for the removal of heavy metals from aqueous solutions
SİBEL BABAOĞLU
- (1-(1H-benzoimidazol-2-yl)-ethanone tiyosemikarbazon) ligantinin ve Co, ZN komplekslerinin sentezi, yapısal karakterizasyonu ve biyolojik aktivitelerinin incelenmesi
Synthesis, structure characterisations and biological activities of 1-1[H-benzoimidazol-2yl]-ethanone thiosemicarbazone ligand and its Co and Zn complexes
AYŞE GÜNEY
- Püskürtmeli kurutma ve termal bozunma prosesleri ile ZnO esaslı partiküllerin ve kompozit yapıların sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Characterization and synthesis of ZnO based particles and composite structures via spray drying and thermal decomposition processes
ŞEYMA DUMAN
Doktora
İngilizce
2016
Seramik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK ÖZKAL
- Bis(izoftalik asit) ve bis(imidazol) türevi ligandlarla kobalt(II), çinko(II) ve kadmiyum(II) koordinasyon polimerlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of cobalt(II), zinc(II) and cadmium(II) coordination polymers with bis(isophthalic acid) and bis(imidazole) derivatives ligands
YAKUP CAN DİKİLİTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
KimyaEskişehir Osmangazi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OKAN ZAFER YEŞİLEL