Preparation and characterization of metal oxide supported group 9b metal nanoparticles and their use as electrocatalysts in water splitting

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2022

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: MERVE AKBAYRAK

Danışman: AHMET MUHTAR ÖNAL

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Hidrojen sahip olduğu yüksek enerji yoğunluğundan dolayı önemli bir enerji taşıyıcısı olarak düşünülmektedir. Bu nedenle hidrojen üretimi oldukça dikkat çekmektedir. Hidrojen üretim yolları arasında suyun ayrışması iyi bilinen çevre dostu hidrojen üretim metotlarından biridir. Suyun ayrışmasında çok çeşitli katalizörler test edilmesine rağmen, uzun ömürlü ve etkili eletrokatalizörlerin geliştirilmesi halen önemli bir araştırma konusudur. Bu tez metal oksitlerle desteklenmiş grup 9B metal nanoparçacıklarının (Co, Rh, Ir) hazırlanması, tanımlanması ve suyun ayrışmasında kullanılmasını kapsamaktadır. Metal nanoparçacıkları titanya, zirkonya ve serya gibi çeşitli metal oksit yüzeylerinde basit impregnasyon metodu ile oluşturulup hazırlanan katalizörler gelişmiş analitik tekniklerle tanımlanmıştır. Camsı karbon elektrotları üzerindeki katalizörlerin elektrokatalitik aktiviteleri ve dayanıklılıkları suyun ayrışmasında gerçekleşen oksijen ve hidrojen üretim tepkimelerinde araştırılmıştır. Polarizasyon eğrilerine göre, Ir/CeO2'nin başlangıç potansiyeli ve aşırı potansiyeli sırasıyla -13.0 ve -23.0 mV olarak bulunmuştur. Ayrıca, diğer Rh ve Co bazlı katalizörler arasında, Ir/CeO2 daha düşük Tafel eğimi (38.7 mV.dec-1), daha yüksek devir frekansı (1.95 s-1) ve daha yüksek değişim akımı yoğunluğu (2.69 mA.cm-2) sağladı. Ek olarak, Ir/CeO2, asidik ortamda 20.000 döngüden sonra bile üstün stabilite gösterdi ve bu da Ir/CeO2'yi HER için umut verici bir elektrokatalizör yaptı. Öte yandan, Co/CeO2 düşük aşırı potansiyel (0.365 V), düşük Tafel eğimi (65.0 mV.dec-1), ve yüksek TOF değerleri ile alkali bir ortamda oksijen oluşumu reaksiyonu için etkileyici performans sergiledi. Ticari Co3O4, stabilite testi sonrasında aktivitesini büyük ölçüde kaybetmesine rağmen, Co/CeO2'nın Tafel eğiminde ve aşırı geriliminde gözle görülür bir değişiklik gözlenmedi.