Farklı katyon katkılı Ceo2 bileşiklerinden elektrokimyasal yöntemle hidrojen gazı eldesi
Obtaining hydrogen gas from different cation-doped Ceo2 compounds by electrochemical method
- Tez No: 990106
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET TÜMER, DOÇ. DR. HANDAN ÖZLÜ TORUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Şu anda enerji eksikliği ve ekolojik kirlilik, fosil yakıtların eksikliği , hızlı endüstriyel gelişme ve nüfus artışına atfedilen iki büyük küresel sorundur [ 1 , 2 ]. Bu nedenle, içinde bulunduğumuz çağda, enerji sektörü alanında pratik olarak uygulanabilir, verimli ve sürdürülebilir enerji depolama cihazlarının geliştirilmesine yönelik önemli bir talep bulunmaktadır [ [3] , [4] , [5] , [6] ]. Enerji krizleri, birçok gelişmekte olan ülkede, enerji tüketimi taleplerine ayak uydurmak için anında ele alınması gereken önemli bir konu haline geliyor [ [7] , [8] , [9] ]. Süper kapasitörler, daha az şarj süresi ve daha yüksek güç yoğunluğunun dahil olduğu bu tür uygulamalarda oldukça uygundur [ [10] , [11] , [12] , [13] ]. Süper kapasitörler (SC), enerjiyi darbeli güç kaynağı biçiminde depolamak için en iyi seçeneklerden biridir. Ortak kapasitörlerle karşılaştırıldığında uzun döngüsel ömürleri de onları iyi bir seçim haline getiriyor. Daha yüksek güç yoğunluğuna ve hızlı şarj-deşarja atfedilen süper kapasitörler, otomotiv, havacılık ve uzay elektrikli taşıtları ve telekomünikasyon alanında geniş uygulama alanına sahiptir [14] , [15] , [16] , [17] ]. Süper kapasitör türlerinden biri olan psödokapasitörlerde elektrot malzemesi olarak farklı metal oksitler ( NiO 4 , NiO, Co 2 O 3, Fe 2 O 3, MnO 2, CeO 2 ve NiO 4 ) kullanılmaktadır [ 18] , [19] , [20] , [21] , [22] ]. Bunlar arasında CeO 2, takdire şayan spesifik kapasitansı nedeniyle çok daha fazla ilgi görmektedir. Ayrıca CeO2'nin ikili oksidasyon durumları , süperkapasitör uygulamaları için uygun olan daha fazla aktif bölge sunar . Nano malzemelerin döngüsel stabilitesi, gözenekliliği ve spesifik yüzey alanı dahil olmak üzere çeşitli parametreler, süper kapasitör elektrotunun performansını belirler [ 23 , 24 ]. Sulu elektrolit ayrıca süper kapasitörlerin yük depolama performansı açısından da önemlidir [ 25 ]. İletken polimerler , karbon bazlı elektrotlar ve metal oksit genellikle elektrot malzemeleri olarak kullanılır ve pillerin ve süper kapasitörlerin performansı için önemli parametreler olarak işlev görür. Performanslarının arttırılması için çeşitli oksitlerin kompozitleri (NiO/Ce 2 O 3 ), oksit ve sülfitlerin karbon malzemelerle kombinasyonu (NiS/gC 3 N 4 ) ve katkılama (Cr-Co 2 O) gibi çeşitli yöntemler kullanılmıştır. 3 ). Bunlar arasında performanslarını önemli ölçüde artıran iyi bir seçim vardır [ [26] , [27] , [28] , [29] ]. Geçiş metali katkılı nadir toprak oksitler, enerji depolama, fotokataliz ve elektromanyetizma teknolojisi gibi farklı alanlarda kullanılabilmesi nedeniyle oldukça ilgi çekmektedir . Özellikle oksijen boşluğu eksikliği olan CeO2, katalizde, H2 üretiminde ve elektrokimyasal performansta önemli bir rol oynamıştır . CeO 2'de oksijen boşluklarının oluşturulması nispeten kolaydır ve bunların katkılı içerikle tepkisi son derece iyidir. Saravanan ve ark. yakın zamanda , katkısız CeO2 için 75 Fg -1 ile karşılaştırıldığında, 109 Fg - 1'lik artan spesifik kapasitanslara sahip nanokompozit malzemelerin kapasitans davranışını ortaya çıkarmıştır [ 30 ]. Maheswari ve ark. CeO 2'nin elektrokimyasal performansının, çözücü olarak NaCl kullanıldığında 523 F g -1'e ulaştığını gösterdi [ 31 ]. Şu anda Ag–CeO 2 [ 32 ], Co–CeO 2 [ 33 ], Fe–CeO 2 [ 34 ], Mg–CeO 2 [ 35 ], Ca–CeO 2 [ 36 ] dahil olmak üzere çeşitli katkılı ve hibrit kompozitler de incelenmiştir. , Sr–CeO 2 [ 37 ] enerji depolama cihazları ve fotokatalizle ilgili çok sayıda potansiyel uygulama için. F katkılı CeO 2 [ 38 ], N–CeO 2 [ 39 ], C–N–CeO 2 [ 40 ], La–Y -/CeO 2 [ 41 ] gibi metal oksite ilişkin çok sayıda geçiş bazlı literatür mevcuttur. bildirilmiştir. Spesifik kapasitansı en üst düzeye çıkarmak için çeşitli bilim adamları, geçiş metali katkısı kullanarak CeO2'nin kristal kafesine oksijen boşluklarını dahil etmek için çaba sarf ettiler . Bu nedenle, bu gerçeğin motivasyonuyla, CeO2'ye La katkısının değişen yüzdeleri kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Önceki elektrokimyasal davranışa dayanarak, katkılı CeO2'nin gelişmiş spesifik kapasitansa, gelişmiş kapasite tutma özelliğine ve daha iyi bir döngüsel hız kapasitesine sahip olması bekleniyordu [ 42 ]. Lantanit elementleri elektrot malzemelerine katkılandığında, elektrokimyasal kataliz ve enerji depolama performansını önemli ölçüde artırır [ 43 ]. Metal oksit bazlı elektrotlar, tersinir redoks reaksiyonu ve sürekli olarak aşırı hızlı adsorpsiyon ve desorpsiyon prosesi sayesinde benzersiz performans sağlar [ 44 ]. Nadir toprak metal oksitleri benzersiz elektronik, manyetik, kataliz ve diğer ilgili özelliklerinden dolayı büyük ilgi görmüştür [ 45 ]. Katkılı Ce2O3 bazlı nanomalzemeler bilimdeki son gelişmelerde kilit rol oynamaktadır. Seryum, RE bileşiğinde hayati bir bileşik olarak aday gösterilmiştir [ 46 ]. Temel haldeki seryum, doğal olarak bol bulunan ve nispeten daha ucuz olan 4f 1 5d 1 6s 2'yi gösterir [ 47 ]. Ce 3+ oluşumu, s ve d alt kabuk elektronlarını (iki 6s ve bir 5d) takip ederken, 4f alt kabuğunda fazladan bir elektron kaybetme kapasitesine sahip olup 4f'de boş alanlar yaratarak sonuçta Ce + 4'ü üretir [ 48 , 49 ] . Dolayısıyla Ce +3 ve Ce +4 arasında geçiş yapma yeteneği, süper kapasitörler için geçerli olabilecek üstün redoks malzemelerinin varlığını doğrulamaktadır [ 50 ]. Seryum mükemmel redoks özelliklerini kanıtlamaktadır [ [51] , [52] , [53] ]. Seryum oksit kafesleri, Ce +4'ün Ce +3'e indirgendiği her zaman genişlemiştir [ 54 ]. Dolayısıyla sadece elektrot malzemelerinin hazırlanmasında kullanılamaz, aynı zamanda fotokataliz H2 üretimi için de kullanılabilir . Bu nedenle, CeO 2 bazlı malzemeler, yüksek enerji yoğunluğu , yüksek güç yoğunluğu, daha uzun çevrim ömrü ve yüzey alanlarını ve iletkenliğini arttırabilen ve sonuç olarak elektrokimyasal performansı geliştirebilen katkılama yoluyla arttırılmış deşarj süresi gibi gerekli gereksinimler nedeniyle mükemmel bir süper kapasitör olarak performans gösterme eğilimindedir. [ [55] , [56] , [57] ]. Ayrıca CeO2, uygun bant aralığına, uygun soğurma aralığına, mükemmel stabiliteye sahip iyi iletkenliğe sahip fotokatalitik H2 üretim malzemesi olarak da önemli bir potansiyele sahiptir [ 58 ]. Toplu olarak CeO2'nin büyük bant aralığına sahip olduğu iyi bilinmektedir ancak metrik olmayan aralıkta nispeten daha küçük bant aralığına sahiptir. Şaşırtıcı elektronik, optik ve kimyasal özelliklere atfedilen CeO 2 , diğer malzemeler gibi çeşitli enerji depolama, optoelektronik , elektroliz, sensörler ve H2 üretiminde de potansiyel uygulamalara sahiptir [ 59 ]. Bu tez çalışmasında ilk kez farklı katyon katkılı CeO2; La x Ce 1-x O 2 (x = 0, 3,6,9,12 ) ve Ba x Ce 1-x O 2 (x = 0, 3,6,9,12 ) oranında bileşiklerinin sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal özelliklerini incelenmesini amaçlamaktadır. Çalışmada, Ba +2 ve La +3 gibi farklı yüklü katyonlarla katkılı CeO2 bileşiklerine etkisi, ayrıca farklı mol oranlarında doping etkisi morfolojik, elektrokimyasal ve H2 üretim özellikleri açısından sistematik olarak incelenecektir. Sentez işleminde glisin nitrat yöntemi kullanılarak sentezlenecektir.
Özet (Çeviri)
Currently, energy deficiency and ecological pollution, depletion of fossil fuels, rapid industrial development, and population growth are two major global issues [1, 2]. Therefore, there is a significant demand for the development of practical, efficient, and sustainable energy storage devices in the energy sector in the current era [3, 4, 5, 6]. Energy crises have become a significant issue in many developing countries, requiring immediate attention to meet energy consumption demands [7, 8, 9]. Supercapacitors are highly suitable for such applications, offering less charging time and higher power density [10, 11, 12, 13]. Among the types of supercapacitors, pseudocapacitors use various metal oxides (NiO4, NiO, Co2O3, Fe2O3, MnO2, CeO2, and NiO4) as electrode materials [18, 19, 20, 21, 22]. Among them, CeO2 is highly regarded due to its commendable specific capacitance. Additionally, CeO2's dual oxidation states provide more active sites suitable for supercapacitor applications. Various parameters such as the cyclic stability, porosity, and specific surface area of nanomaterials determine the performance of supercapacitor electrodes [23, 24]. Aqueous electrolyte is also crucial for the energy storage performance of supercapacitors [25]. Conductive polymers, carbon-based electrodes, and metal oxides are commonly used as electrode materials and serve as important parameters for the performance of batteries and supercapacitors. Various methods have been employed to enhance their performance, including composites of various oxides (NiO/Ce2O3), combinations of oxides and sulfides with carbon materials (NiS/gC3N4), and doping (Cr-Co2O3), among others [26, 27, 28, 29]. Transition metal-doped rare earth oxides have garnered significant interest due to their potential applications in energy storage, photocatalysis, and electromagnetism technology. Particularly, CeO2 with oxygen vacancies has played a significant role in catalysis, H2 production, and electrochemical performance. The creation of oxygen vacancies in CeO2 is relatively easy, and their response with doped content is highly effective. Recent studies have revealed nanocomposite materials with increased specific capacitances of up to 109 Fg-1 compared to 75 Fg-1 for undoped CeO2 [30]. CeO2's electrochemical performance has been shown to reach 523 Fg-1 when NaCl is used as the solvent [31]. Various doped and hybrid composites, including Ag–CeO2, Co–CeO2, Fe–CeO2, Mg–CeO2, and Ca–CeO2, have been investigated for potential applications in energy storage devices and photocatalysis [32, 33, 34, 35, 36, 37]. There is a considerable amount of literature on metal oxide-based electrodes, including F-doped CeO2, N–CeO2, C–N–CeO2, and La–Y-/CeO2 [38, 39, 40, 41]. Various researchers have endeavored to introduce oxygen vacancies into CeO2's crystal lattice using transition metal doping to maximize its specific capacitance. Therefore, motivated by this fact, the effect of La doping on CeO2 at varying percentages has been extensively investigated. Based on previous electrochemical behavior, it was expected that doped CeO2 would exhibit improved specific capacitance, enhanced capacity retention, and better cyclic rate capability [42]. When lanthanide elements are doped into electrode materials, they significantly enhance electrochemical catalysis and energy storage performance [43]. Metal oxide-based electrodes offer unique performance through reversible redox reactions and continuously rapid adsorption and desorption processes [44]. Rare earth metal oxides have garnered significant interest due to their unique electronic, magnetic, catalytic, and other relevant properties [45]. Doped Ce2O3-based nanomaterials play a key role in recent advances in materials science. Cerium has been proposed as a vital compound in the RE compound [46]. In its ground state, cerium exhibits 4f15d16s2, which is relatively abundant and cheaper [47]. The formation of Ce3+ follows the loss of s and d subshell electrons (two 6s and one 5d), ultimately producing Ce+4 by creating empty spaces in the 4f subshell [48, 49]. Thus, the ability to transition between Ce+3 and Ce+4 confirms the presence of superior redox materials that could be relevant for supercapacitors [50]. Cerium demonstrates excellent redox properties [51, 52, 53]. Cerium oxide cages expand whenever Ce+4 is reduced to Ce+3 [54]. Therefore, it can not only be used in the preparation of electrode materials but also be utilized for photocatalytic H2 production. Hence, CeO2-based materials tend to perform excellently as supercapacitors due to their enhanced discharge time through doping, which increases their high energy density, high power density, longer cycle life, and increased surface areas and conductivity, thus improving electrochemical performance [55, 56, 57]. Additionally, CeO2 has significant potential as a photocatalytic H2 production material due to its suitable bandgap, absorption range, and excellent stability [58]. It is well known that CeO2 has a large bandgap, but it has a relatively smaller bandgap in the non-metric range. CeO2, attributed to its surprising electronic, optical, and chemical properties, also has potential applications in various fields such as energy storage, optoelectronics, electrolysis, sensors, and H2 production [59]. This thesis aims to investigate for the first time the synthesis, characterization, and electrochemical properties of different cation-doped CeO2 compounds, specifically La x Ce1-xO2 (x = 0, 3, 6, 9, 12) and Ba x Ce1-xO2 (x = 0, 3, 6, 9, 12) ratios. The effect of different charged cations such as Ba+2 and La+3 on doped CeO2 compounds, as well as the doping effect at different mole ratios, will be systematically examined in terms of morphological, electrochemical, and H2 production properties. The synthesis process will be carried out using the glycine nitrate method.
Benzer Tezler
- Polianilin ve polipirol'ün katyon katkılama ile farklı metaller üzerine elektrokimyasal sentezi ve antikorozif özelliklerinin incelenmesi
Electrochemical synthesis of polyaniline and polypyrrole on different metals via cation doping and examination of their anticorrosive properties
HATİCE ÖZKAZANÇ
- Bakır oksit katkılı ve magnezyum katkılı çinko ferrit temelli̇ nanokompozitlerin yapısal ve di̇elektri̇k özelliklerinin geliştirilmesi
Enhancement of the structural and dielectric properties of copper oxide doped and magnesium doped zinc ferrite based nanocomposites
KÜBRA DEMİRCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BANU SÜNGÜ MISIRLIOĞLU
- Atın ve gümüş katkılı iki ve üç boyutlu bor topaklarının incelenmesi
Investigation of gold and silver doped 2d-3d boron clusters
ÖMER ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiKırıkkale ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDEM KAMİL YILDIRIM
- Montmorillonitin farklı katyonlarla modifiye edilmesi ve nanoorganokil sentezi ile antibakteriyel özelliklerinin incelenmesi
Modification of montmorillonite with different cations and investigation of its antibacterial properties by nanoorganochil synthesis
SÜMEYRA ZAHİDE ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH ÇALIŞKAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT TUNA
- Yüksek mıknatıslanma doygunluğuna sahip nikel katkılı manganez ferrit tozlarının çözelti yanma sentezi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of nickel doped manganese ferrite powders with high saturation magnetization by solution combustion synthesis
GAMZE DURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. M. ŞEREF SÖNMEZ