محقق پژوهشگاه رنگ موفق به سنتز و شناسایی نانو پوشش‌های فتوالکتروکاتالیست NiCo-LDH @CdS شد
بسپار/ایران پلیمر محقق پژوهشگاه رنگ موفق به سنتز و شناسایی نانو پوشش‌های فتوالکتروکاتالیستNiCo-LDH @CdS و بررسی خواص کاربردی آن‌ها گردید. این دفاع موفقیت آمیز را تبریک عرض نموده و برای محقق نامبرده در مراحل پیش روی زندگی، آرزوی موفقیت و سربلندی می نمائیم.
به گزارش روابط عمومی پژوهشگاه رنگ، دکتر اعظم پیرکرمی مجری طرح “سنتز و شناسایی نانو پوشش‌های فتوالکتروکاتالیستNiCo-LDH @CdS و بررسی خواص کاربردی آن‌ها” در ارتباط با این طرح گفت: استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر یکی از مسائل روز دنیاست. در این راستا، بهره گیری از هيدروژن در پیل‌های سوختی یک منبع بسیار مؤثر محسوب می‌شود. روش نوین توليد هيدروژن، استفاده از فرآیند فتوالكتروشيميايي آب با استفاده از نور خورشيد است. در این تحقیق، ساختار و عملکرد الکترو کاتالیست CdS@NiCo-LDH/NF برای کاربرد تجزیه آب موردبررسی قرار گرفت. برای ساخت این ترکیب از دو روش هيدروترمال و رسوب الكتروشيميايي استفاده شد. در هر دو روش، ابتدا CdS بر روي بستر فوم نيكل و سپس LDH بر روی CdS پوشش داده شد. در ساخت CdS به روش هیدروترمال، تأثیر افزودنی اوره، هگزا متيلن تترا آمين، پلي وينيل پيروليدون، تري متيل آمونيوم برومايد به صورت مجزا بر ریزساختار بررسی شد. همچنین در روش رسوب الکتروشیمیایی، تأثیر زمان و چگالي جريان بر ريخت شناسيCdS بررسي شد. براي تهيه پوسته LDH در روش هيدروترمال، پارامترهاي زمان و دما و در ساخت رسوب الكتروشيميايي، زمان، چگالي جريان و pH موردبررسی قرار گرفت. برای مشخصه‌یابی ساختار، آناليزهای SEM، TEM، HRTEM، XRD، ICP، EDS و XPS مورد استفاده قرار گرفت و سطح ويژه الکتروکاتالیست ها توسط آزمون BET اندازه گیری شد. به منظور بررسي خواص الكتروشيميايي و فتوالكتروشيميايي تجزيه آب، آزمون پتانسيل روبشي خطي(LSV) انجام شد. در اين آزمون با استفاده از چگالي جریان‌های 20 و 100mA cm-2 پتانسيل مازاد الکتروکاتالیست ارزیابی و با الکترود تجاری Pt/C 20% براي فرآيند تصاعد هيدروژن (HER) و الكترود RuO2 براي فرآيند تصاعد اكسيژن (OER) مقایسه شد. براي تعيين مقاومت و پايداري الكترودهاي تهيه شده، كرونوآمپرومتري خطي و چرخه‌اي مورد مطالعه قرار گرفت. آزمون طیف‌سنجی امپدانس الکتروشيميایی (EIS) مقاومت انتقال بار الکتروکاتالیست انجام و اندازه‌گیری کمی اکسیژن و هیدروژن تولید شده در سلول الکترولیتی در محلول KOH M1/0 بررسي شد. نتایج بررسی‌ها مشخص کرد که ابعاد و شکل ذرات هسته CdS و پوسته LDH با تغییر پارامترهای فرآیندی مانند دما، زمان، ماده افزودنی و pH تغییر می‌کند. نتایج ریزساختاری مشخص کرد که برای فرآیند هیدروترمال، افزودنی هگزامتیلن تترا آمین برای دستیابی به ساختار ميله‌اي مناسب تر است. در بهینه‌سازی پارامترها در روش هیدروترمال زمان مناسب برای تهيه CdS و LDH به ترتیب 8 و 12 ساعت و دما 200 و C210 به دست آمد. همچنین در روش الکترو شیمی برای تهيه CdS و LDH، زمان به ترتیب معادل 300 و 400 ثانيه و چگالي جریان2 و mA/cm-2 3 تعیین شد. نتایج نشان داد که در هر دو روش هیدروترمال و رسوب الکتروشیمیایی، می‌توان به ریزساختار مناسبی برای الکتروکاتالیست مورد نظر دست یافت. با این حال، نشان داده شد که روش الکتروشیمی به دلیل سرعت تشکیل ساختار و قابلیت تنظیم زمان تشکیل پوشش، برای تشکیل الکتروکاتالیست مورد نظر، روش مناسب‌تری است. بررسی‌ها مشخص کرد که سازوکار رشد ذرات CdS در شرایط بهینه (برای شکل میله‌ای) از سازوکار رشد جهت‌دار پیروی می کند. نتایج نشان داد که راندمان حاصل از فرآیند OER و HER نسبت به نتایج گزارش شده از الکتروکاتالیست‌های محققین دیگر بهتر است. در چگالی جريان 100mA cm-2، برای OER و HERبهترین راندمان در روش هیدروترمال به ترتیب معادل 198 و mV 206 و برای روش الکتروشیمی معادل 220 و mV 187 بهدست آمد. نتایج ثابت کرد که ساختار سامانه فتوالکتروشیمی طراحی شده پس از انجام فرآیندOER و HER دارای پایداری خوبی است. جمع بندی نتایج نشان داد که ساختار هسته پوسته CdS@NiCo-LDH/NF می‌تواند به‌عنوان یک نانو ساختار نوین با قابلیت ساخت سریع و راندمان نسبتا بالا برای فرآیند OER و HER توسعه یابد.
کلمات کلیدی: تولید هیدروژن، الکتروکاتالیست CdS@NiCo-LDH/NF، تجزيه آب، هيدروترمال، رسوب الكتروشيميايي، تصاعد هيدروژن، تصاعد اكسيژن
در پایان گفتنی است استاد راهنمای طرح مذکور خانم دکتر سوسن رسولی و استاد مشاور آقای دکتر ابراهیم قاسمی از اعضای هیات علمی پژوهشگاه رنگ بودند.
پژوهشگاه زنگ
