سنتز و شناسایی نانو ذرات نیکل و مس برروی بسترهای گرافنی و گرافیتی عامل¬دار به¬عنوان منابعی برای آزادسازی هیدروژن، اکسیژن و هم¬چنین کاهش اکسیژن و مطالعه رفتار الکتروشیمیایی آن¬ها

STUDENT

DEGREE

YEAR

In the first section of this study, efficient electrocatalysts for hydrogen evolution reaction (HER) have been developed. Reduced graphene oxide (rGO) was synthesized by modified hummer method and then NiO nanoparticles were synthesized on rGO. Then it characterized by different methods. Then, a glassy carbon electrode was modified with the nanocatalyst and the charcteristics were studied with different electrochemical methods. Also in this work, we apply a new metal deposition method. Galvanic replacement reaction provides a simple and effective method for preparation of noble metals nanoparticles including Au. Electrochemical properties in both 0.5 M H 2 SO 4 and 2.0 M KOH solutions have been investigated by the polarization measurement, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) technique. The modified electrodes exhibited high catalytic activity for HER with a low overpotential, a high current density and long term stability. Also these modified electrodes have better electrocatalytic activity in acid media than alkalin media after 1000 cycles, and close to Pt electrocatalyst. In continuous, Nile blue, as a mediator for electron transfer, was linked on the surface of rGO by diazonium reaction. Then NiO nanoparticles synthesized on Nile blue functionalized rGO (Nile?rGO), and then it characterized by different methods. Electrochemical properties of the catalyst solutions has been investigated by the polarization measurement, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) technique. The electrode exhibits high catalytic activity for oxygen evolution reaction (OER) with a low overpotential, a high current density, long term stability. In the second section of this study, practical and usable cathode catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) have been developed. To this aim, hybrid of chitosan derivatives (Chit) and amine group grafted chitosan (N–Chit) graphite were prepared and used as supports for Cu-nanoparticles. The synthesized materials were characterized with different methods and were studied with different electrochemical methods. The mechanistic aspects of the oxygen reduction reaction as well as the electrocatalytic effect of presence and absence of Cu-nanoparticles in alkaline solution were studied by cyclic voltammetry and rotating disk electrode technique. The number of electrons transferred per O 2 molecule (n) was obtained in the presence of Cu-nanoparticles is close to 4 and gradually decreases to 2 when the Cu-nanoparticles is absent. The modified electrodes exhibit a high selectivity for ORR with a remarkable tolerance to crossover effects. More importantly, they have good durabilities.

هیدروژن موجود در طبیعت به فرم ترکیبی است و باید با استفاده از روش های مختلف گاز هیدروژن آزادسازی شود. پلاتین از بهترین کاتالیست های انجام واکنش آزاد سازی هیدروژن می باشد اما به خاطر قیمت بالای آن کاربرد آن محدود گردیده است. هدف این قسمت از پژوهش سنتز کاتالیست های جدید برای این امر مهم و کاهش مصرف پلاتین در آن هاست، در حالی که کارایی الکترود حفظ شود. در بخش اول پژوهش ابتدا گرافن اکسید کاهش یافته به روش هامر اصلاح شده، سنتز و سپس نانو ذرات نیکل اکسید بر رون آن تثبیت و توسط تکنیک های مختلف شناسایی گردید. سپس به منظور بهبود و کاهش هزینه ها نانو ذرات طلا در طی فرآیند جابه جایی گالوانیکی بر روی سطح سنتز شد. رفتار الکتروکاتالیستی و الکتروشیمیایی آن ها در تولید هیدروژن با استفاده از روش ولتامتری پیمایش خطی و طیف امپدانس الکتروشیمیایی در هردو محیط اسیدی و قلیایی بررسی شده است. الکترود های اصلاح شده با کاتالیست ها، قبل و بعد از جابه جایی خود به خودی در زمان کارکرد طولانی مدت، پایداری خوبی در دمای اتاق نشان داده اند. البته الکترودهای اصلاح شده در محیط اسیدی مطلوب تر می باشند و پس از گذشت 1000 چرخه، فعالیت الکتروکاتالیستی آن ها شدیداً بهبود یافته و به رفتار پلاتین نزدیک شده اند. در ادامه پژوهش به جهت اهمیت اکسیژن به عنوان منبع انرژی و به دنبال کم کردن هزینه ها، تولید مولکول اکسیژن از طریق اکسایش شیمیایی آب انجام شد. اکسیژن یک نقطه کلیدی در ذخیره انرژی، تولید باتری های قابل شارژ می باشد که یک فرآیند انتقال الکترون جفت شده با پروتون می باشد و از لحاظ سینتیکی کند است پس احتیاج به کاتالیستی مؤثر برای سرعت بخشیدن به آن دارد. برای این منظور ترکیب نایل بلو به وسیله ی پیوند کووالانسی از طریق واکنش دی آزونیوم روی سطح گرافن متصل گردید. سپس نانوذرات نیکل اکسید بر روی بستر گرافنی عامل دار تثبیت و توسط تکنیک های مختلف شناسایی گردید. رفتار الکتروکاتالیستی و الکتروشیمیایی آن در تولید اکسیژن، با استفاده از روش ولتامتری پیمایش خطی و طیف امپدانس الکتروشیمیایی بررسی شده است. الکترود اصلاح شده با کاتالیست موردنظر، در زمان کارکرد طولانی مدت، پایداری خوبی را در محیط پتاسیم هیدروکسید 5/0 مولار در دمای اتاق نشان داد. واکنش کاهش اکسیژن یکی از واکنش های شناخته شده و مهم می باشد، علاوه برآن کاربرد فرآیندکاهش اکسیژن در پیل های سوختی که بخش عمده ای از تحقیقات الکتروشیمیایی را به خود معطوف داشته، بسیارحائز اهمیت می باشد. این واکنش از این جهت مورد توجه است که فرآیند کاتدی در پیل های سوختی را شامل می شود. هم چنین در پیل های سوختی ، کاهش اکسیژن یکی از واکنش های اصلی است که تحقیق بر روی آن در جهت افزایش راندمان سل در حال انجام است. به همین منظور، در بخش دوم پروژه نانوذرات مس اکسید بر روی بسترهای گرافیتی و گرافیتی عامل دار با کیتوسان و کیتوسان اصلاح شده با گروه آمینی تثبیت و توسط تکنیک های مختلف شناسایی شدند. در این بخش جنبه های سینتیکی و مکانیزمی واکنش کاهش اکسیژن و همین طور اثرات الکتروکاتالیتیکی مس به کمک روش های ولتامتری پیمایش خطی، ولتامتری چرخه ای،کرونوآمپرومتری و روش های هیدرودینامیک مورد مطالعه قرار گرفت. تعداد الکترن های مبادله شده برای فرآیند کاهش اکسیژن محاسبه و مشاهده گردید که بر روی بستر گرافیتی عامل دار تعداد الکترون برابر 2 و با حضور نانوذرات مس تعداد الکترون های مبادله شده به 4 افزایش می یابد. هم چنین الکترودهای اصلاح شده در حضور متانول یک مولار نه تنها مسموم نشده، بلکه پایداری بسیار خوبی را از خود نشان داده اند.

SUPERVISOR

STUDENT

FACULTY - DEPARTMENT

DEGREE

YEAR

TITLE