Geri Dön

The role of solvent in the synthesis of mesoporous M2P2O7 (M: Co(II), Ni(II), and Mn(II)) and Mn2-xMxP2O7 (M: Co(II) and Ni(II)) thin films and their oxygen evolution reaction performance

Mezo-gözenekli M2P2O7 (M: Co(II), Ni(II), ve Mn(II)) ve Mn2-xMxP2O7 (M: Co(II) And Ni(II)) ince filmlerinin sentezinde çözücünün rolü ve oksijen evrim reaksiyonu performansları

PDF İndir

  1. Tez No: 982488
  2. Yazar: GÖZDE CERAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER DAĞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Mezogözenekli geçiş metali pirofosfatlar (M2P2O7), çeşitli yapısal özellikleri ve kataliz, iyon değişimi ile enerji depolama gibi geniş uygulama alanları nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Bu çalışmada, yüksek yüzey alanına ve gözenekliliğe sahip M2P2O7 malzemelerinin sentezi için yeni bir yöntem sunulmakta; farklı çözücülerin yapısal ve elektrokimyasal özellikler üzerindeki etkisi incelenmektedir. Co2P2O7, Ni2P2O7, Mn2P2O7 ve ikili pirofosfatlar; pirofosforik asit (PPA, H4P2O7), tuz [Mn(H2O)4](NO3)2, [Co(H2O)6](NO3)2, ve [Ni(H2O)6](NO3)2), yüzey aktif madde (pluronik P123), ve çözücüler (etanol, bütil alkol, metanol) kullanılarak eriyik tuz yardımlı kendiliğinden oluşma (EYKO) yöntemiyle sentezlenmiştir. Etanol ve bütil alkol sistemlerinde sol-jel oluşumu gözlemlenmiş, metanol çözeltileri ise bulanık kalmıştır. Santrifüjleme sonrası elde edilen çözelti, süpernatant ve çökelti fazları çeşitli yöntemlerle yüzeylere kaplanarak liyotropik sıvı kristal (LSK) arafazları oluşturulmuş, ardından farklı sıcaklıklarda kalsine edilmiştir. Yapısal gelişim, küçük açılı XRD ve ATR-FTIR teknikleriyle izlenmiştir. Süpernatan fazlarının oda sıcaklığında bekletilmesi, metaller ve PPA arasında gerçekleşen hızlı polimerizasyon sayesinde yarı katı arayapılar oluşmasına neden olmuştur. 300-700 ⁰C aralığında yapılan kalsinasyon işlemi, sırasıyla Co(II), Ni(II) ve Mn(II) pirofosfatlar için 145, 410, and 83 m2/g BET yüzey alanına sahip yüksek gözeneklilikte M2P2O7 malzemeleri üretmiştir. XRD analizleri, Ni2P2O7'nin çözücüden bağımsız olarak 700⁰C'de kristallendiğini; Co2P2O7 ve Mn2P2O7'nin ise daha düşük sıcaklıklarda kristallendiğini göstermiştir. Süpernatan fazlarının kalsinasyonu M3(PO4)2, metal oksitler ve tanımlanamayan çeşitli safsızlıklar vermiştir. Yüksek kristallenme sıcaklıkları gözenek yapısının çökmesine ve yüzey alanının düşmesine neden olmuştur. FTO ve grafit çubuk (GÇ) yüzeylerine kaplanan elektrotlar arasında, GÇ destekli olanlar daha iyi elektrokimyasal stabilite göstermiştir. 1 M KOH ortamında yapılan elektrokimyasal ölçümler (CV, MCA, MCP) sonrası yapılan analizler, M2P2O7'nin bazik ortamda ilgili metal hidroksitlere dönüştüğünü ortaya koymuştur. Gerçek katalitik aktivitenin değerlendirilmesi için 2.4 M KOH + 0.6 M H4P2O7 içeren nötralize bir elektrolit ortamında da CV testleri yapılmış ve metal hidroksitlerin OER performansının daha üstün olduğu gösterilmiştir. Mn2P2O7 elektrotları, MnO4- oluşumuna yol açan bozunma nedeniyle kararsız davranmıştır. Bu sorunu aşmak ve performansı artırmak amacıyla Mn2-xMxP2O7 (M=Co(II), Ni(II); x=0.05,0,10, 0,25) ikili sistemleri geliştirilmiş; bu sistemler hem yüzey alanı hem de OER aktivitesinde artış sağlamıştır. Özellikle, 300⁰C'de kalsine edilen ethanol kaynaklı MnNi25% (Ni(II)'nin 25% olduğu) ve bütanol kaynaklı MnCo10% (Co(II)'nin 10% olduğu) çökeltileri sırasıyla 202 ve 144 m2/g yüzey alanlarına sahip olmuş, bu elektrotlar yüksek OGR stabilitesi göstermiş ve 0.28-0.30 mV/dec aşırı potantiyel değerleriyle öne çıkmıştır.

Özet (Çeviri)

Mesoporous transition metal pyrophosphates (M2P2O7) have attracted considerable attention due to their diverse structural features and wide range of potential applications in catalysis, ion exchange, and energy storage. This study presents a novel synthesis route for high surface area and porous M2P2O7 materials, focusing on the influence of solvent selection on their structural and electrochemical properties. Co2P2O7, Ni2P2O7, Mn2P2O7, and binary metal pyrophosphates have been synthesized via a molten salt-assisted self-assembly (MASA) method using pyrophosphoric acid (PPA, H4P2O7), salt [Mn(H2O)4](NO3)2, [Co(H2O)6](NO3)2, and [Ni(H2O)6](NO3)2), surfactant (pluronic, P123), and solvents (ethanol, butanol, and methanol). Sol-gel process takes place both in ethanol and butanol, while methanol-based solutions remained cloudy. After centrifugation, the solution, supernatant, and precipitate parts are coated onto substrates to form lyotropic liquid crystalline (LLC) mesophases, followed by calcination at different temperatures to obtain mesoporous metal pyrophosphates. Structural evolution was monitored by small-angle XRD and ATR-FTIR techniques. Aging of the supernatants at room temperature produce semi-solid mesostructures via polymerization between metal species and PPA. Calcination between 300 and 700 ⁰C yields highly porous M2P2O7 materials with BET surface areas of 145, 410, and 83 m2/g for Co(II), Ni(II) and Mn(II) pyrophosphates, respectively. XRD analysis shows that Ni2P2O7 crystallizes at 700⁰C, regardless of the solvent, while the Co2P2O7 and Mn2P2O7 samples crystallize at lower temperatures. Supernatant-derived samples mainly form M3(PO4)2, metal oxides, and some undefined impurities. High crystallization temperatures results in the pores collapse and surface area loss. Electrodes are fabricated on FTO and graphite rod (GR) substrates; between these two electrodes, the GR coated electrodes have a better electrochemical stability. Electrochemical measurements (cyclic voltammetry (CV), multi-step chronoamperometry (MCA), and multi-step chronopotentiometry (MCP)) were performed in 1 M KOH using a three-electrode system. Post electrochemical analysis reveales that M2P2O7 transforms into metal hydroxide in alkaline media. To evaluate the intrinsic activity, CVs were also conducted in a neutralized electrolyte (2.4 M KOH + 0.6 M H4P2O7) solution, where the metal hydroxides exhibite superior OER performance. The Mn2P2O7 electrodes are unstable due to disproportionation of Mn(VI) to MnO4- and MnO2 during OER. To improve performance, Mn2-xMxP2O7 (M=Co(II), Ni(II); x=0.05,0,10, 0,25) binary electrodes are also fabricated, exhibiting higher surface areas and better OER activity. Notably, ethanol- derived MnNi25% (with 25% Ni(II)) and butanol-derived MnCo10% (10% Co(II)) precipitates, calcined at 300⁰C, display high surface areas of 202 and 144 m2/g, respectively. These electrodes display high stability in OER and have overpotentials of 280-300 mV at 1 mA/cm2 current density.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    360926

    Synthesis, characterization and pore size control of mesoporous Li4Ti5O12, CoTiO3 and MnTiO3 thin films

    Mezogözenekli Li4Ti5O12, CoTiO3 ve MnTiO3 ince filmlerin sentezi, karakterizasyonu ve gözenek boyutu kontrolü

    CİVAN AVCI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER DAĞ

  2. Tez No

    450634

    Synthesis & characterization of mesoporous LiCoO2 and LiMn2O4 thin films

    Mezogözenekli LiCoO2 ve LiMn2O4 ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu

    GÜLBAHAR SAAT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER DAĞ

  3. Tez No

    901277

    Enhancing wastewater treatment efficiency through laccase-mediated biodegradation of trace organic contaminants

    Kalıcı organik kirleticilerin laccase aracılı bıodegredasyonu ile atıksu arıtım verimliliğinin artırılması

    GÜLTEN YÜKSEK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EMİNE ÇOKGÖR

    PROF. DR. HUBERT CABANA

  4. Tez No

    352480

    PEO-PPO-PEO triblock copolymers in aqueous solutions: Micellization & self-assembly into fiberlike aggregates

    Su içinde PEO-PPO-PEO triblock kopolimerleri: Miselizasyonları ve fiber şeklindeki çökeltilere kendinden yapılanmaları

    ECE AYTAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    KimyaKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ADEM LEVEND DEMİREL

  5. Tez No

    574380

    Mikro ve mezo gözenekli malzemelere salisilik asit ve steroid yüklenmesi ve salımı

    Salicylic acid and steroid loading and release for micro and mesoporous materials

    İBRAHİM AVNİ ALEV

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET SİRKECİOĞLU

Geri Dön