Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Ashrafi,Mohmmad ali Golozar
علی اشرفی (استاد راهنما) محمدعلی گلعذار (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fatemeh Garmabi
فاطمه گرمابی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Electrodeposition of Ni-Mo coatings on stainless steel 304L in the presence of ionic liquids for investigation of corrosion resistance and hydrogen evolution reaction
In recent decade use of renewable energy sources as viable alternatives to fossil-fuels has been rising. The hydrogen, if available, can be used as fuel to generate clean energy is considered one of the least pollutants. An industrial method of producing hydrogen is electrolysis of alkaline aqueous solutions that require the use of a noble metal as electrocatalytic. The electrocatalytic is useful for hydrogen evolution reaction (HER) that has low overpotential for HER and high corrosion resistance in electrolysis environment. According to the literature data, the nickel–molybdenum alloys cloud be suitable electrocatalytic for hydrogen production through water electrolysis. In this study, Ni-Mo coatings were prepared on 304L stainless steel substrate by electrodeposition method from citrate bath containing different concentrations of ionic liquid 1-methyl-imidazolium-chloride (0, 10,100 ppm) for using as an electrocatalytic in hydrogen evolution reaction. The role of ionic liquid on the mechanisms of deposition was studied by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The results showed that ionic liquid caused a rise in solution conductivity and reduced the electrodeposition potential. In the process of electrodeposition of nickel-molybdenum, ionic liquid decreased the amount of charge transfer resistance, but the double layer capacity increased. X-ray diffraction analysis indicated that all coatings were composed of a solid solution with the preferred orientation of (111) and deposits have quasi- amorphous/nanocrystaline structure which the crystallite size decreases when the ionic liquid concentration is increased. EDS analysis showed that the molybdenum content of the deposits increases by increasing the ionic liquid concentration. The roughness of the coatings was reduced by the addition of ionic liquid. The SEM images showed that all coatings have a crack-free, nodular, compact and non-porous nature that the size of the nodules is decreased by increasing the ionic liquid concentration. Results of tafel polarization and electrochemical impedance spectroscopy in a solution of 1 M KOH showed that the addition of ionic liquid did not affect on the electrocatalytic properties of coatings but greater corrosion resistance observed when ionic liquid was used in the electrodeposition process. Considering the concentration 100 ppm as the optimum concentration of ionic liquid, cathodic polarization was performed in these conditions, the suitable current densities of 30, 60 and 100 for deposition were selected from cathodic polarization. Current efficiency decreased with increasing the electroplating current density. The coatings were formed of a solid solution with the preferred orientation of (111) that the crystallite size, crystallinity are decrease and molybdenum content of coatings are increased by reduction of current density. In this case, increasing the electroplating current density results in decreasing the compaction of coatings, which they have nodular and crack-free morphology. Results of tafel polarization showed that the corrosion resistance of coatings decreased with increasing electroplating current density. The coating deposited in current density of 60 mA/cm 2 has better electrocatalytic properties. Results of electrochemical impedance in about -1.25 v respect to calomel reference, in comparison to other coatings the deposited coating in 60 ma/cm2 showed more real area and it shows better electrocatalytic activity of this coating. Keywords: Ni-Mo coatings, ionic liquid, hydrogen evolution reaction, electrodeposition, electrocatalytic activity, real area.
در دهه?ی اخیر استفاده از انرژی?های تجدیدپذیر بعنوان جایگزین مناسب برای سوخت?های فسیلی رو به افزایش بوده?است. از طرفی هیدروژن، در صورت در دسترس بودن، می?تواند بعنوان یکی از کم آلاینده?ترین سوخت?ها برای تولید انرژی پاک محسوب شود. روش صنعتی تولید هیدروژن، الکترولیز محلول?های آبی قلیایی است که نیاز به استفاده از فلز نجیب به عنوان الکتروکاتالیست دارد. الکتروکاتالیستی برای واکنش آزادسازی هیدروژن(HER) مفید است که فراپتانسیل کمی برای آزاد سازی هیدروژن نیاز داشته?باشد و مقاومت به خوردگی بالایی در محیط الکترولیز از خود نشان دهد. مطالعات گذشته نشان داده اند که آلیاژ?های نیکل-مولیبدن می?توانند یکی از الکتروکاتالیست های مناسب برای تولید هیدروژن در طی الکترولیز محسوب شوند . در این پژوهش پوشش های نیکل-مولیبدن روی زیرلایه L304 از حمام های سیتراتی حاوی غلظت های مختلف مایع یونی 1-متیل-ایمیدازولیوم-کلرید(0،10،ppm100) با روش رسوب دهی الکتریکی به منظور استفاده بعنوان الکتروکاتالیست در فرآیند آزاد شدن هیدروژن تهیه شدند. نقش مایع یونی بر مکانیزم های رسوب دهی با روش های ولتامتری چرخه ای و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مطالعه شد. نتایج نشان داد که مایع یونی رسانایی محلول را افزایش و پتانسیل پوشش دهی را کاهش داد، در فرایند رسوب دهی الکتریکی نیکل-مولیبدن مایع یونی سبب کاهش مقاومت انتقال بار شد، اما ظرفیت لایه دوگانه الکتریکی را افزایش داد. آنالیز پراش اشعه ایکس نشان داد که تمام پوشش ها از یک محلول جامدتشکیل شده اند و جهت گیری مرجح صفحات کریستالی، صفحه (111) می باشد و پوشش ها دارای ساختار آمورف/نانوکریستالی بودند که اندازه دانه ها با افزایش غلظت مایع یونی کاهش پیدا کردند.آنالیز EDS نشان داد که افزایش غلظت مایع یونی سبب افزایش میزان مولیبدن پوشش می شود. از طرفی با افزودن مایع یونی زبری پوشش ها کاهش پیدا کرد.تصاویر SEM نشان داد که پوشش های حاصل از حمام حاوی مایع یونی و بدون مایع یونی دارای ساختار کروی شکل، فاقد ترک، فشرده وغیر متخلخل بودند که با افزایش غلظت مایع یونی اندازه کره ها کاهش یافت. نتایج آزمون های پلاریزاسیون تافل وطیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در محلول 1 مولار KOH نشان دادند که افزودن مایع یونی روی خواص الکتروکاتالیستی پوشش اثری نداشت، اما سبب افزایش مقاومت به خوردگی پوشش بعنوان یکی از پارامتر های مهم برای الکتروکاتالیست شد. با در نظر گرفتن غلظتppm 100بعنوان غلظت بهینه مایع یونی ، پلاریزاسیون کاتدی در این شرایط انجام شد و چگالی جریان های مناسب پوشش دهی 30، 60، mA/cm 2 100 از روی نمودار انتخاب شدند. با افزایش چگالی جریان پوشش دهی بازده جریان کاهش یافت. پوشش های ایجاد شده از یک محلول جامد با صفحات مرجح (111) تشکیل شده بودند که با کاهش چگالی جریان، بلورینگی پوشش ها و اندازه دانه کاهش و همچنین میزان مولیبدن پوشش ها افزایش یافت. پوشش های ایجاد شده در این حالت نیز دارای مورفولوژی کروی شکل و عاری از هرگونه ترک بودند که با افزایش چگالی جریان پوشش دهی، فشردگی آن ها کاهش پیدا کرد. نتایج آزمون پلاریزاسیون تافل نشان داد که مقاومت به خوردگی پوشش ها با افزایش چگالی جریان پوشش دهی کاهش یافت. پوششی که در چگالی جریان mA/cm 2 60 رسوب گذاری شد، خواص الکتروکاتالیستی بهتری را نشان داد. نتایج امپدانس الکتروشیمیایی در پتانسیل 25/1- نسبت به الکترود کالومل نشان داد که سطح واقعی پوششی که در چگالی جریان mA/cm 2 60 رسوب گذاری شد ، نسبت به سایر پوشش ها بیشتر است که نشان می دهد که این پوشش فعالیت الکتروکاتالیستی بیشتری دارد. کلمات کلیدی: پوشش های نیکل-مولیبدن، مایع یونی، واکنش آزاد شدن هیدروژن، رسوب دهی الکتریکی، خواص الکتروکاتالیستی، سطح واقعی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی