Application of spinel oxides as electocatalyst in the hydrogen evolution reaction (HER)
Spinel oksit elektrokatalizörlerin hidrojen gelişme tepkimesinde (HER) kullanılması
- Tez No: 972751
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULHADİ BAYKAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Aydın Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Artan küresel enerji talebi, çevresel endişelerle birleşince sürdürülebilir ve uygun maliyetli enerji kaynakları geliştirmeyi zorunlu hale getirmiştir. Su elektrolizi yoluyla üretilebilen hidrojen, temiz ve alternatif bir enerji kaynağıdır. Ancak, kaynağın enerji eldesi için yaygın kullanımı, şu anda hidrojen evrim reaksiyonu (HER) için verimli ve uygun fiyatlı elektro katalizörlere duyulan ihtiyaçla sınırlıdır. Bu amaçla, hidrotermal yöntem kullanarak Co0.5Ni0.5CrxV2-xO₄, NiCo2O4@NF ve Co0.5Ni0.5FexBixV2-2xO4 gibi yeni spinel oksit katalizörlerin sentezlenmesi ve uygulamsı gerçekleştirlmiştir.. Çeşitli katkı maddelerinin (Cr, V, Ce, Fe, Bi) morfoloji, yük transferi, yüzey alanı ve katalitik aktivite üzerindeki etkisini değerlendirmek için XRD, SEM, BET, XPS ve elektrokimyasal ölçümler dahil olmak üzere yapısal ve elektrokimyasal analizler gerçekleştirilmiştir. Co0.5Ni0.5CrxV2-xO₄ (x = 0.02) katalizörü etkileyici yüksek HER performansı göstermiş ve asidik ortamda 10 mA cm⁻² de 227 mV'luk düşük bir aşırı potansiyele ulaşmış ve 18 saatten uzun süre kararlılığını korumuştur. Ce ile katkılanmış NiCo₂O₄@NF (x = 0,04), iyileştirilmiş elektronik yapısı, oksijen boşlukları ve 3 boyutlu nanoyapılı morfolojisi sayesinde alkali ortamda gelişmiş aktivite gösterdi. Ek olarak, eş Co0.5Ni0.5FexBixV2-2xO4 (x = 0.04) katalizörü 271 mV'luk düşük bir aşırı potansiyele ulaşarak elektrokimyasal yüzey alanında (ECSA) önemli iyileştirmeler ve gelişmiş yük transfer özellikleri gösterdi. Dahası, bu nanoyapılı oksitler süperparamagnetik davranış ve olağanüstü elektromanyetik girişim (EMI) kalkanlama özellikleri sergileyerek potansiyel uygulamalarını sadece katalizin ötesine genişletti. Özetle, bu araştırma, HER verimliliğini ve çok işlevli performansı artırmak için spinel oksitlerde kompozisyonel ayarlamanın önemini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
The growing global demand for energy, coupled with environmental concerns, makes it essential to develop sustainable and cost-effective energy sources. Hydrogen, which can be produced through water electrolysis, presents a clean alternative. However, its widespread use is currently limited by the need for efficient and affordable electrocatalysts for the Hydrogen Evolution Reaction (HER). We synthesized a series of innovative spinel oxides, such as Co0.5Ni0.5CrxV2-xO₄, NiCo2O4@NF, and Co0.5Ni0.5FexBixV2-2xO4, using a hydrothermal method. To assess the impact of various dopants (Cr, V, Ce, Fe, Bi) on morphology, charge transfer, surface area, and catalytic activity, we conducted structural and electrochemical analyses, including XRD, SEM, BET, XPS, and electrochemical measurements. The Co0.5Ni0.5CrxV2-xO₄ (x = 0.02) catalyst showed impressive HER performance, achieving a low overpotential of 227 mV at 10 mA cm⁻² in acidic media and maintaining long-term stability for over 18 h. The Ce-doped NiCo₂O₄@NF (x = 0.04) demonstrated enhanced activity in alkaline media, thanks to its improved electronic structure, oxygen vacancies, and 3D nanostructured morphology. Additionally, the co-doped Co0.5Ni0.5FexBixV2-2xO₄ (x = 0.04) catalyst reached a low overpotential of 271 mV, showing significant improvements in Electrochemical Surface Area (ECSA) and enhanced charge transfer characteristics. Moreover, these nanostructured oxides exhibited superparamagnetic behaviour and outstanding Electromagnetic Interference (EMI) shielding properties, broadening their potential applications beyond just catalysis. In summary, this research underscores the importance of compositional tuning in spinel oxides to boost HER efficiency and multifunctional performance.
Benzer Tezler
- Designing multi-component oxides as air cathode for rechargeable aqueous zn-air batteries
Şarj edilebilir sulu çinko-hava pilleri için çok bileşenli oksitlerin hava katodu olarak tasarlanması
ÇAĞLA ÖZGÜR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİĞDEM TOPARLI
- Synthesis & characterization of modified mesoporous LiMn2-xCoxO4 thin films as water oxidation electrocatalysts
Su oksidasyon elektro-katalizörü mezoporlu modifiye LiMn2-xCoxO4 ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
IRMAK KARAKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Development and applıcatıon of multıfunctıonal structural supercapacıtor composıtes for aırcraft
Hava taşıtları için çok işlevli yapısal süperkapasitor kompozitlerin geliştirilmesi ve uygulanması
AHMET ÇETAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Havacılık ve Uzay MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDAL ÇELİK
DOÇ. DR. ABDULHAMİT KÜÇÜKASLAN
- 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
- Spinel yapılı nanokompozit tozların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of spinel structured nanocomposite powders
DUYGU YEŞİLTEPE ÖZÇELİK
Doktora
Türkçe
2026
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN