Tez Koleksiyonu / Thesis Collection
Permanent URI for this community
Browse
Browsing Tez Koleksiyonu / Thesis Collection by Subject "(Co-MOF)Cobalt-based Based Metal-Organic Framework"
Now showing 1 - 1 of 1
Results Per Page
Sort Options
Publication Metadata only Metal organic framework (MOF) based electrocatalytic hydrogen production(2023-2024) Vetti, Kinda Jouna; Koca, Atıf; Marmara Üniversitesi; Fen Bilimleri Enstitüsü; Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı; Kimya Mühendisliği Bilim DalıÖzetGünümüzde enerji kaynağı olarak kullanılan fosil yakıtların kullanılması ile atmosfere salınan karbondioksit ve diğer sera gazları küresel ısınmaya sebep olmaktadır. Bu nedenle, Hidrojen üretimi ve yakıt olarak kullanımı gibi yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji üretim teknolojileri üzerine yeni araştırma alanlarının geliştirilmesi önemli hale gelmiştir. Hidrojen üretimi için suyun elektrolizi teknolojisinin kullanılması, dünya üzerinde temiz ve enerji verimliliği yüksek bir yakıt kaynağı sunan umut verici bir yöntemdir. Bununla birlikte, bu inanılmaz teknolojinin kullanılmasının önündeki en büyük engel, katodik ve anodik reaksiyonları daha verimli şekilde gerçekleştirmek için, yüksek verimli, ucuz ve toprakta bol miktarda bulunan alternatif elektrokatalizörlerin geliştirilmesine olan ihtiyaçtır. Elektrolizörlerde kullanılabilecek yüksek verimli ve ucuz elektrokatalizör geliştirmek için bu çalışmada, geçiş metallerine dayalı metal-organik çerçeveler (MOF'lar), elektrokimyasal hücrelerde hidrojen evrim reaksiyonlarını HER kolaylaştırmak için umut verici bir elektrokatalizör olarak araştırılmıştır. MOF temelli malzemeler ultra yüksek gözeneklilikleri, muazzam iç yüzey alanları ve olağanüstü derecede değişkenliklerinden ve harici fonksiyonel malzemeleri barındırabilme yeteneklerinden kaynaklanan benzersiz özellikleri nedeniyle elektrokatalizör olarak tercih edilmiştir. MOF temelli nanomalzemelerin farklı türleri, solvotermal bir yöntem kullanılarak monometalik MOF'lar olarak kobalt bazlı MOF ve demir bazlı MOF dahil olmak üzere sentezlenmiştir. Daha sonra Co-Fe-MOF, birlikte çöktürme ve solvotermal yöntemlerin birleştirilmesi ile bimetalik MOF olarak sentezlenmiş, ve daha sonrasında kalsinasyon işlemi ile yapılara harici Co ve Fe metallerinin yüklenmesi ile elektrokatalitik aktivitesi yüksek olabilecek yeni yapılar sentezlenmiştir. Çözücü tipi, ısıtma sıcaklığı, süresi ve metal ile ligand arasındaki oran gibi elektrokatalitik etkinlik üzerindeki çeşitli parametrelerin sonuçlarının optimizasyon sonuçları bu tez çalışmasında ele alınmıştır.Hazırlanan elektro katalizörlerin FTIR yapısal karakterizasyon tekniği uygulanmış ve MOF oluşumlarına bağlı olarak değişen yapısal titreşimi ortaya çıkarmıştır. Ayrıca XRD analizleri gerçekleştirilmiş ve keskin ve yoğun kırınım pikleri ile MOF kristal oluşumunu doğrulamıştır. Gerçekleştirilen elektrokatalitik HER çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Co-MOF yapılarının 10 mA/cm2 akım yoğunluğunda η10= 50 mV gibi oldukça düşük bir aşırı gerilim elde edilmiştir. Co-MOF elektrokatalizörü tarafından sağlanan yüksek kinetik reaksiyona işaret eden Tafel eğim değeri 38.57 mV dec-1 ve yük transfer direnci RCT (Ω) 17 ohm olarak bulunmuştur. Elde edilen bu performansların aynı çalışma ortamında 59 ohm RCT (Ω) ile yaklaşık 38.57 mV dec-1 Tafel eğimi ile yaklaşık 42 mV aşırı potansiyele sahip olan ticari Pt/C katalizörüne yaklaşılmıştır. Benzer şekilde hazırlanan Fe-MOF elektro katalizörü ile de, yük transferi direnci RCT (Ω) olarak 2.569 ohm, aşırı gerilim olarak η10= 46 mV ve Tafel eğimi olarakta 46.71 mV dec-1 gibi daha yüksek performans değerlerine ulaşılmıştır. Benzer şekilde Co-Fe-MOF(C)@Fe-Co(A) yapısı ile η10= 57 mV ve Tafel eğimi yaklaşık 37.01 mV dec-1 ve yük transferinin direnci RCT (Ω) olaraktan 18.25 ohm performans verileri elde edilmiştir. Sonuç olarak, sentezlenen MOF'ların yüksek verimde ve kararlılıkta HER prosesinde elektrokatalizör olarak kullanılabilecekleri ortaya konulmuştur. Bu bilimsel çalışmanın önemi, iki farklı işlem çalışmasıyla yüksek verimli bir elektro katalizör olarak geçiş metali bazlı MOF'un başarılı bir şekilde sentezlenebildiğini göstermektedir. Elde edilen Co-MOF ve Fe-MOF yapıları ile herhangi bir ek kimyasal işlem olmaksızın Pt katalizörüne benzer suyun elektrolizinde katot olarak kullanılabilecek performans değerlerine ulaşılmıştır. Bu tez çalışması ile, daha kapsamlı hidrojen üretim sistemlerinin geliştirilmesinin önündeki en büyük engellerden biri olan (pahalı ve nadir olmaları) platin katalizörleri ile rekabet edebilecek MOF temelli ucuz elektrokatalizörlerin elde edilmesi sağlanmıştır.