Synthesis and characterization of graphene oxide/ metal oxide nanostructures and study of their catalytic activities for water splitting
Grafen oksit/metal oksit nanoyapıların sentezi, karakterizasyonu ve su ayrıştırma uygulamaları için katalitik aktivitelerinin incelenmesi
- Tez No: 946985
- 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: İnorganik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 166
Özet
Enerji talebinin sürekli artması ve fosil yakıt kaynaklarının giderek azalması, daha temiz ve sürdürülebilir enerji alternatiflerine olan ihtiyacı artırmıştır. Yüksek verimliliği ve çevre dostu özellikleri sayesinde hidrojen, geleceğin enerji taşıyıcısı olarak öne çıkmaktadır. Mevcut üretim yöntemleri arasında elektrokimyasal su ayrışması, en çevreci seçeneklerden biri olarak değerlendirilmektedir; ancak bu yöntemin yüksek enerji gereksinimi, geniş ölçekte kullanımını zorlaştırmaktadır. NiMoO4 ve CoMoO4 gibi geçiş metali oksitleri, redoks-aktif özellikleri sayesinde grafen oksit (GO) üzerinde desteklenerek umut vadeden elektrokatalitik performans sergilemektedir. Metal oksit fazları ile iletken GO matrisi arasındaki sinerjik etkileşim, yük taşınımını artırarak aktif bölge sayısını çoğaltmakta ve toplam verimliliği geliştirmektedir. Bu nedenle geliştirilen hibrit nanoyapılar, alkali ortamda yüksek katalitik aktiviteye sahip olup, hidrojen üretimi için potansiyel elektrokatalizör adaylarıdır. Bu çalışmada, yeni tasarlanan GO–CoMoO4–NiMoO4 hibrit nanoyapısı hidrotermal yöntemle başarıyla sentezlenmiş ve FT-IR, UV-Vis, XRD, SEM, EDX, TEM, XPS, ICP-OES ile BET gibi farklı tekniklerle detaylı şekilde karakterize edilmiştir. Elektrokatalitik performansları, hazırlanan malzemelerin cam karbon elektrot (GCE) üzerine kaplanarak üç elektrotlu bir sistemde, alkali ortamda oksijen evolüsyon reaksiyonu (OER) için test edilmiştir. Sentezlenen malzemeler arasında, öncül maddeler (P) ve üre (U) kullanılarak hazırlanan P–U–GO–CoMoO4–NiMoO4 hibriti, 0.1 M KOH ortamında 1.56 V (RHE'ye göre) başlama potansiyeli, 10 mA/cm² akım yoğunluğunda 550 mV aşırı potansiyel ve 71.8 mV/dec Tafel eğimi ile üstün bir performans sergilemiştir. Bu artan aktivite, NiMoO4 ve CoMoO4'ün GO matrisi üzerinde sağladığı yüksek iletkenlik ve redoks-aktif yüzey bölgelerine atfedilmektedir. Elde edilen bulgular, bu hibrit nanoyapının düşük maliyetli, verimli ve uygulanabilir bir elektrokatalizör olarak hidrojen üretiminde kullanılabileceğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
With the rising demand for energy and the depletion of fossil fuel reserves, the need for cleaner and more sustainable energy sources has become urgent. Hydrogen stands out as a promising energy carrier due to its high efficiency and eco-friendly nature. Among various production methods, electrochemical water splitting is considered one of the most environmentally friendly approaches; however, its high energy requirement limits large-scale application. Transition metal oxides such as NiMoO4 and CoMoO4 have shown notable electrocatalytic performance, especially when supported on graphene oxide (GO), benefiting from their redox-active properties. The synergistic interaction between metal oxide phases and the conductive GO matrix improves charge transfer and increases the number of active sites. In this study, a novel GO–CoMoO4–NiMoO4 hybrid nanostructure was synthesized via a hydrothermal method and characterized by FT-IR, UV-Vis, XRD, SEM, EDX, TEM, XPS, ICP-OES, and BET techniques. Its electrocatalytic performance toward the oxygen evolution reaction (OER) in an alkaline medium was evaluated using a three-electrode system with a glassy carbon electrode (GCE). Among the synthesized materials, the P–U–GO–CoMoO4–NiMoO4 (P: Precursors, U: Urea) hybrid showed superior performance with an onset potential of 1.56 V vs. RHE, an overpotential of 550 mV at 10 mA/cm², and a Tafel slope of 71.8 mV/dec in 0.1 M KOH. The enhanced activity is attributed to the increased conductivity and abundant redox-active surface sites provided by NiMoO4 and CoMoO4 on the GO matrix. These results demonstrate potential of this hybrid as a cost-effective electrocatalyst for hydrogen production.
Benzer Tezler
- Elektrokimyasal enerji depolama uygulamaları için nanoyapı-kontrollü elektrot malzemelerinin geliştirilmesi
Development of nanostructure-controlled electrode materials for electrochemical energy storage applications
NERİMAN SİNAN TATLI
Doktora
Türkçe
2024
EnerjiBursa Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ECE ÜNÜR YILMAZ
- Lityum-iyon piller için yüksek performanslı anot malzemesi olarak kalay oksit-indirgenmiş grafen oksit kompozitlerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of tin oxide-reduced graphene oxide composite as high performance anode material for lithium-ion batteries
MERT ARDA KAYIŞLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA YAVUZ
- Grafen kuantum nokta/ metal oksit/ iletken polimer içeren nanokompozitlerin süperkapasitör performanslarının incelenmesi
Investigation of supercapacitor performances of nanocomposites containing graphene quantum dot/metal oxide/conductive polymer
BERAY ALYAKUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY YILDIZ
- Nanomaterials in macromolecular synthesis
Makromoleküler yapıların sentezinde nanomalzemelerin kullanımı
AZRA KOCAARSLAN AHMETALİ
Doktora
İngilizce
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- Engineering multifunctional hybrid nanomaterials for bioanalytical and biomedical applications
Başlık çevirisi yok
İSMAİL ÖÇSOY
Doktora
İngilizce
2014
BiyomühendislikUniversity of FloridaNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. WEIHONG TAN