Synthesıs, characterızatıon, and ınvestıgatıon of catalytıc actıvıtıes of metal oxıdes combıned wıth reduced graphene oxıdes and gold nanopartıcles for the water splıttıng reactıon
Su ayrıştırma reaksı̇yonu ı̇çı̇n indirgenmiş grafen oksı̇tler ve altın nanoparçacıklar ı̇le bı̇rleştı̇rı̇lmı̇ş metal oksı̇tlerı̇n sentezı̇, karakterı̇zasyonu ve katalı̇tı̇k aktı̇vı̇telerı̇nı̇n ı̇ncelenmesı̇
- Tez No: 942958
- Danışmanlar: PROF. DR. EMREN NALBANT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 180
Özet
Dünya nüfusundaki artış ve enerjiye duyulan ihtiyacın yanı sıra, fosil yakıtların tükenmesi, fosil yakıtlara alternatif enerji kaynakları üzerinde araştırmaları teşvik etmiştir. Bu bağlamda, hidrojen, geleceğin en umut verici alternatif yakıtlarından biri olarak değerlendirilmektedir. Hidrojen, en çevreci yöntem olan suyun elektroliz ile ayrıştırılması sayesinde elde edilebilir. Suyun ayrıştırılması için gereken enerjinin azaltılması, hidrojenin yaygın bir şekilde kullanılabilen, sürdürülebilir bir enerji kaynağı olmasında kritik rol oynamaktadır. Bu amaçla, etkili su ayrıştırma katalizörleri büyük önem taşır. Özellikle birinci sıradaki geçiş metallerinin oksitleri ve bunların altın nanoparçacıklar ve grafen gibi diğer umut verici malzemelerle kombinasyonları, çevre dostu ve maliyeti düşük katalizörler geliştirmek için büyük bir potansiyele sahiptir. Ayrıca, manyetik nanoparçacıkların eklenmesi, katalizörlerin yeniden kullanılabilirliğini artırarak, onları yaygın kullanım için önemli bir aday haline getirmektedir. Bu çalışmada, Au/r-GO/ZnCo₂O₄, Au/r-GO/NiFe₂O₄, Au/r-GO/NiCo₂O₄, Au/r-GO/Fe₃O₄/NiFe2O4, ve Au/r-GO/NiFe₂O₄/NiCo₂O₄ hibritleri hidrotermal yöntem kullanılarak sentezlenmiş ve XRD, SEM, EDX, TEM, XPS, ICP-OES ve BET gibi çeşitli analitik tekniklerle karakterize edilmiştir. Bu malzemelerin elektrokatalitik performansları, üç elektrotlu sistem kullanılarak, camsı karbon elektrot üzerine kaplanmaları sonrasında ölçülmüştür. Karşılaştırma sonuçlarına göre, manyetik olarak ayrılabilir yapıya sahip Au/r-GO/NiFe₂O₄/NiCo₂O₄ hibriti, 0.1 M KOH çözeltisinde, 1.57 V (vs. RHE) başlangıç potansiyeli, 10 mA cm⁻²'de 515 mV aşırı potansiyel ve 58 mV dec⁻¹ Tafel eğimi ile en iyi performansı göstermiştir. Bu hibrit nanomalzeme, diğer metal oksit kombinasyonlarına alternatif olarak önemli bir potansiyele sahip olup, genellikle su oksidasyonu için referans olarak kullanılan RuO₂'ye güçlü bir rakip olabilir.
Özet (Çeviri)
The increase in world population and the growing demand for energy, coupled with the depletion of fossil fuels have driven research into alternative energy sources. Among these, hydrogen is considered one of the most promising future fuels. The greenest way to produce hydrogen is through water splitting via electrolysis. Reducing the energy required for water splitting is essential to making hydrogen a widely-used, sustainable energy source. To achieve this, effective water-splitting catalysts are critical. Transition metal oxides, especially those from the first row of the periodic table, along with materials like gold nanoparticles and graphene, hold great potential for developing environmentally friendly and cost-effective catalysts. Additionally, the inclusion of magnetic nanoparticles can enhance catalyst reusability, making them strong candidates for widespread application. In this study, Au/r-GO/ZnCo₂O₄, Au/r-GO/NiFe₂O₄, Au/r-GO/NiCo₂O₄, Au/r-GO/Fe₃O₄/NiFe2O4, and Au/r-GO/NiFe₂O₄/NiCo₂O₄ hybrids were synthesized using a hydrothermal method and characterized by various analytical techniques, including XRD, SEM, EDX, TEM, XPS, ICP-OES, and BET. Their electrocatalytic performance was evaluated using a three-electrode system, with the materials coated on a glassy carbon electrode. Among the hybrids, Au/r-GO/NiFe₂O₄/NiCo₂O₄, which has a magnetically separable structure, exhibited the best performance. It achieved an onset potential of 1.57 V (vs. RHE), an overpotential of 515 mV at 10 mA cm⁻², and a Tafel slope of 58 mV dec⁻¹ in 0.1 M KOH solution. This hybrid shows significant promise as an alternative to other metal oxide combinations and could be a strong competitor to RuO₂, which is commonly used as a benchmark for water oxidation.
Benzer Tezler
- Karboksilik asit katkılı metal oksitlerin sentezi, karakterizasyonu ve aktivitelerinin incelenmesi
Synthesis of carboxylic acid doped metal oxides and investigation of their catalytic activities
GİZEM ACAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLİN SELDA POZAN SOYLU
- Synthesis and characterization of magnesium cobalt oxide and chromium cobalt oxide nanoparticles anchored ZnO semiconductor and their investigation as a catalyst in electrochemical water splitting
Magnezyum kobalt oksit ve krom kobalt oksit nanoparçacıklarına bağlı ZnO yarı iletkenlerinin sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal su bölmesinde katalizör olarak incelenmesi
EMİNE ECEM NAS
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMREN NALBANT
- Alev sprey piroliz yöntemiyle katalizör üretimi ve metanın katalitik yanmasında etkinliğinin araştırılması
Synthesis of catalysts by flame spray pyrolyis and investigation of their activity on catalytic combustion of methane
SİBEL ŞANLTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Bilim ve TeknolojiKocaeli ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NESRİN EKİNCİ MACHIN
- Sıcak yapay gazdan katalitik amonyak giderimi
Catalytic ammonia removal from hot syngas
YELİZ ÇETİN
Doktora
Türkçe
2017
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN
DOÇ. DR. ALPER SARIOĞLAN
- Farklı demir öncüllerinin ve seryum fonksiyonlarının FT-olefin performansına olan etkilerinin incelenmesi
Investigation the effect of different iron precursor and cerium functions on FT-olefin performance
DENİZ BİLGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GAMZE GÜMÜŞLÜ GÜR