ارائه کننده: فاطمه بهزادی گودری

استاد راهنما: دکتر امیر بیات

استاد ناظر داخلی:  دکتر سیدایمان میرزایی

استاد ناظر خارج از دانشگاه: دکتر علیرضا ذاکر مشفق

نماینده تحصیلات تکمیلی:  دکتر ملیحه قدرت

تاریخ:  ۱۴۰۴/۱۱/۱۳

ساعت: 15:00

مکان: سالن همایش دانشکده علوم‌‌‌‌پایه

چکیده:

با توجه به کاهش منابع سوخت‌های فسیلی و پیامدهای زیست‌محیطی آن‌ها، تولید هیدروژن از طریق شکافت آب به‌عنوان یک راهکار پاک و پایدار مورد توجه است. توسعه الکتروکاتالیست‌های پایدار، با کارایی بالا و کم‌هزینه هنوز چالشی اساسی است. هیدروکسیدهای دوگانۀ لایه‌ای فلزات واسطه، به‌ویژه ترکیبات مبتنی بر نیکل، کبالت و آهن به دلیل فعالیت کاتالیستی مطلوب در محیط‌های قلیایی مورد توجه‌اند، هرچند محدودیت‌هایی نظیر رسانندگی پایین و خودانباشتگی صفحات، عملکرد آن‌ها را کاهش می‌دهد. در این پژوهش، نانومیله‌هایی از جنس هیدروکسی‌کربنات نیکل–کبالت بر روی فوم نیکل رشد داده شد و سپس با نانوصفحات هیدروکسید دوگانۀ لایه‌ای نیکل–کبالت و در مرحلۀ بعد نانوصفحات هیدروکسید دوگانۀ لایه‌ای نیکل–آهن اصلاح شد تا به ترتیب ساختارهای سلسله‌مراتبی هسته–پوسته و هسته–پوستۀ دوگانه ایجاد شود. این ساختارها سطح فعال را افزایش داده، از خودانباشتگی صفحات جلوگیری و انتقال بار را بهبود می‌بخشند. نتایج الکتروشیمیایی در محلول 1 مولار پتاسیم هیدروکسید نشان داد؛ فوم نیکل با نانومیله‌های هیدروکسی‌کربنات نیکل–کبالت، پتانسیل مازاد در چگالی جریان 100 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع را از 830 میلی‌ولت برای فوم نیکل به 726 میلی‌ولت و مقاومت انتقال بار در پتانسیل 65/0 ولت را از 60/1به 03/1 اهم کاهش داد. اصلاح ساختار با نانوصفحات هیدروکسید دوگانۀ لایه‌ای نیکل–کبالت، پتانسیل مازاد را به 661 میلی‌ولت و مقاومت انتقال بار را به 99/0اهم رساند و افزودن نانوصفحات هیدروکسید دوگانۀ لایه‌ای نیکل–آهن این مقادیر را به 566 میلی‌ولت و 33/0اهم کاهش داد که نشان‌دهندۀ اثر هم‌افزایی یون‌های Ni²⁺، Co²⁺ و Fe³⁺ و افزایش فعالیت ذاتی سایت‌های کاتالیستی است. اصلاح ساختار همچنین ترشوندگی سطح الکترود را بهبود داد. محاسبات فشار لاپلاس نشان داد که ساختارهای اصلاح‌شده دارای فشار لاپلاس منفی هستند؛ به‌طوری‌که مقدار فشار لاپلاس برای ساختار هسته–پوستۀ نیکل–کبالت برابر با 1710⁶/4- پاسکال و برای ساختار هسته–پوستۀ دوگانۀ نیکل–آهن برابر با 9310⁶/7- پاسکال به‌دست آمد که بیانگر خاصیت آبدوستی تقویت‌شده است. تحلیل انرژی آزاد گیبز نیز نشان داد که زاویۀ تماس قطره روی سطح به سمت صفر میل می‌کند و خاصیت ابرآبدوستی ایجاد می‌شود. در مجموع، استفاده از نانومیله‌های هیدروکسی‌کربنات نیکل–کبالت به‌عنوان ساختار پایه و اصلاح آن با نانوصفحات هیدروکسید دوگانۀ لایه‌ای نیکل-کبالت و نیکل-آهن، ضمن بهره‌گیری از اثر هم‌افزایی یون‌های Ni²⁺،Co²⁺  وFe³⁺، منجر به کاهش پتانسیل مازاد، بهبود ترشوندگی سطح و در نتیجه ارتقای عملکرد الکتروکاتالیستی برای تولید هیدروژن می‌شود.