Metal organik kafes yapılardan (MOF) elektrokatalizör geliştirilmesi
The electrocatalysts from metal organic framework (MOF) structures
- Tez No: 919671
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ RIZA ÖZKAYA, PROF. DR. ATIF KOCA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizikokimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 143
Özet
Teknolojik gelişmeler, hidrojenin çevre dostu ve sürdürülebilir bir alternatif enerji kaynağı olarak kullanılmasını mümkün kılmıştır. Enerji dönüşüm sistemleri arasında elektrokimyasal su ayrıştırma, kullanım kolaylığı, düşük maliyeti, yüksek güvenliği ve çevre dostu olmasıyla hidrojen üretiminde ideal bir yöntem olarak bilinir. Ancak, su elektrolizörleri endüstriyel ölçekte bazı zorluklarla karşı karşıyadır. Bu zorlukların başında, elektrotların yüksek aşırı gerilimleri nedeniyle elektrokimyasal hidrojen oluşum reaksiyonlarının (HER) yavaş kinetiği gelmektedir. Mevcut durumda HER için kullanılan ileri teknoloji katalizörler IrO2, RuO2 ve Pt'dir. Ancak, bu katalizörlerin hem ekonomik açıdan maliyetli hem de sınırlı kaynaklara sahip olmaları sürdürülebilir bir çözüm sunmamaktadır. Bu durum, HER enerji bariyerini düşürebilen, ekonomik olarak uygulanabilir ve bol miktarda bulunabilen yeni elektrokatalizörlerin tasarımı ve üretimlerini kaçınılmaz kılar. MOF'lar, gözenekli yapıları, geniş yüzey alanları ve aktif bölgeleri sayesinde ilgi çekicidirler. Bu sebeple bu tez çalışmasında, HER aktivitesinin artırılması amacıyla karbon kumaş (CC) üzerine fonksiyonelleştirilmiş MOF (metal-organik kafes yapıları) elektrokatalizörlerin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla M-BTC (M=Fe, Ni, Co; 1,3,5-benzentrikarboksilik asit) ve çift metal içerikli M2-BTC: (M2=FeCo, NiCo, FeNi) MOF yapılarının elektrokimyasal biriktirme sentez yöntemi üzerine odaklanılmış ve suyun elektrolizinde kullanılmıştır. Elde edilen katalizörler gelişmiş analitik tekniklerle incelenerek; üç elektrotlu bir hücre sisteminde 0,50 M H2SO4 çözeltisi içerisinde Pt tel, CC/MOF çalışma elektrotları ve Ag/AgCl referans elektrot kullanılarak performansları değerlendirilmiştir. Bu elektrokimyasal ölçümler, LSV, CA ve EIS tekniklerini içermektedir. Sonuç olarak, elde edilen MOF elektrokatalizörlerin HER için 10 mA/cm2 akım yoğunluğuna ulaşmak için gereken aşırı gerilimleri, CC/Pt'ne oldukça yakın olduğu ve reaksiyon kinetiklerinin Volmer-Heyrovsky mekanizması ile kontrol edildiği belirlenmiştir. Ayrıca 12 saatlik CA testleri, katalizörlerin yüksek kararlığa sahip olduğunu göstermiştir. Literatüre kıyasla, bu katalizörlerin hidrojen üretimi için umut vaat eden bir alternatif olabilecekleri belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Thanks to technological advances, hydrogen has become possible for alternative energy systems of the future because it is an environment-friendly and sustainable manner. Among all energy conversion systems, electrocatalytic water splitting is considered a favorable method of hydrogen production due to its ease of use and operation, potentially low cost, high safety, and non-polluting even if using electrical sources. However, water electrolyzers undergo some critical industrial challenges. The main adversities in these devices are the sluggish kinetics of electrocatalytic hydrogen evolution reactions (HER) in acidic environments due to the high overpotentials of the electrodes used for these reactions. Based on these considerations, well-developed and highly efficient electrocatalysts are required for HER activity. To date, state-of-the-art catalysts to promote HER activity are IrO2, RuO2, and Pt, respectively. But, these catalysts are inadequate and more expensive. Therefore, designing and fabricating an economically viable and abundant electrocatalyst, which is capable of lowering the energy barrier HER is of great importance. So, mainly focused on this project, the electrochemical synthesis of Carbon Cloth functionalized MOF M-BTC (Fe, Co, Ni) and M2-BTC (M2=FeCo, NiCo, FeNi) electrocatalysts towards the enhancement of HER activity. MOF-based electrocatalysts have appeared as fascinating and alternative catalysts due to their morphology, unique porous structure, large surface area, and more exposed active sites. The yielded electrocatalysts were characterized by advanced analytical techniques. Lastly, to implement the electrocatalysts in a water electrolyzer, a homemade electrochemical test cell was designed with a three-electrode configuration, including CC/MOF catalysts as the working electrode, a Pt wire as the counter electrode, and Ag/AgCl as the reference electrode in a 0.50 M H₂SO₄ environment. For electrochemical characterization, LCV, CA, and EIS techniques were performed. Consequently, the overpotentials of catalysts to achieve 10 mA/cm2 current density resulting from LSV curves for HER have been found to nearly approach the Pt/C electrode and most stable results were obtained via literature.
Benzer Tezler
- Demir esaslı metal organik kafes yapının üretimi, modifikasyonu ve CO2 adsorpsiyonlarının incelenmesi
Synthesis and modification of iron based metal organic framework and investigation of CO2 adsorption
ALİ BARAN NARİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilim ve TeknolojiMersin ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERAL TURABİK
- Yüksek bor ayırma kapasitesine sahip yeni nesil ince film nanokompozit membranlar
Novel thin film nanocomposite membranes with high boron removal capacity
SÜER KÜRKLÜ KOCAOĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERİFE BİRGÜL ERSOLMAZ
- Enerji uygulamaları için metal organik kafes ve bakteriyel selüloz hibrit yapılardan türetilmiş malzemelerin geliştirilmesi
Investigation of metal organic frameworks and bacterial cellulose derived hybrid materials for energy applications
MERT BALKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNAL ŞEN
- Bazı yeni metal-organik kafes yapıların sentez, karakterizasyon ve kataliz uygulamaları
Synthesis, characterization and catalytic application of some new metal-organic frameworks
SİNEM USTA
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
KimyaRecep Tayyip Erdoğan ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK DEMİR
- Metal organik kafes yapılar (MOF) ile polimer nanokompozit membranların hazırlanması ve gaz ayırma performansının değerlendirilmesi
Preperation of metal organic frameworks (MOFs) and polymeric nanocomposite membranes and evaluation of their gas permeability properties
GÖKÇE PINAR HEKİMOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SENNUR DENİZ