نویسندگان

دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

گرم شدن کره زمین و دیگر اثرات زیست محیطی نامطلوب ناشی از سوخت‌های فسیلی، جوامع بشری را به استفاده از انرژی‌های پاک و تجدید پذیر سوق داده است. در این حوزه، تولید هیدروژن از واکنش تجزیه آب رویکرد کلیدی به شمار می‌رود. به منظور کاهش پتانسیل اضافی مورد نیاز برای واکنش اکسیداسیون آب باید از نانوساختارهای الکتروکاتالیست‌ ارزان‌ قیمت مانندCo, Cu, Fe, Mn, Zn  و Ni استفاده کرد. در این پژوهش از الکتروکاتالیست کبالت رشد یافته بر بستر‌ توری استیل استفاده شده است و برای سهولت در لایه ‌نشانی، روش الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گرفته است، زیرا این روش با توجه به سادگی می‌تواند در مقیاس تجاری نیز مفید باشد. طبیعتاً شرایط زیر لایه نیز نقش مهمی را در بازده الکتروکاتالیست دارد، بنابراین استفاده از پوشش‌های نانوساختار کربنی به صورت ترکیبی از اکسید گرافن و نانولوله‌های کربنی، به منظور کاهش پتانسیل اضافی و افزایش بازده الکتروکاتالیست استفاده شد. طبق نتایج به دست آمده، 40 درصد وزنی از اکسید گرافن و 60 درصد وزنی از نانولوله کربنی در خمیر کربنی تهیه شده منجر به رشد بهتر نانوورقه‌های اکسید کبالت خواهد شد. در لایه مورد نظر، کبالت در فاز بلوری فلزی مشاهده شده و پتانسیل اضافی و مقاومت الکتریکی به ترتیب mV 305 و Ω 20 اندازه‌گیری شده است

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimizing Carbonaceous Nanostructure Composition as a Substrate to Grow Co Electrocatalysts

نویسندگان [English]

  • M Pourreza
  • N Naseri
  • Sh Ghasemi

چکیده [English]

Global warming and other adverse environmental effects of fossil fuels have forced humans to consider clean and renewable energy resources. In this context, hydrogen production from water splitting reaction is a key approach. In order to reduce required overpotential for water oxidation reaction, it is necessary to use low cost and earth abundant electrocatalysts like Co, Cu, Fe, Mn, Ni and Zn nanostructures. Herein, cobalt nanostructures on steel-mesh substrate were applied. Electrochemical method was used for growth of Co nanoflakes because of its simplicity and scalability for commercial approach. On the other hand, using carbonaceous support layers including nanomaterials such as graphene and carbon nanotubes, can reduce overpotential and increase efficiency of the electrocatalyst.  According to the results, 40 wt% of graphene oxide and 60 wt% of carbon nanotubes in prepared carbon paste led to better growth for cobalt oxide nanoflakes. For the mentioned layer, cobalt was detected in metallic crystalline phase and the overpotential and electrical resistance measured 305 mV and 20 Ω, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • electrocatalyst
  • co nanoflakes
  • graphene oxide sheets
  • carbon nanotubes
  • overpotential

1. W T Eckenhoff, W R McNamara, P Du, R Eisenberg, Biochimica et Biophysica Acta 1827 (2013) 958. 2. Y Liang, Y Li, H Wang, J Zhou, J Wang, T Regier and H Dai, Nat. Mater 10 (2011) 780. 3. Y C Liu, J A Koza, J A Switzer, Electrochimica Acta 140 (2014) 359. 4. R D L Smith, B Sporinova, R D Fagan, S Trudel, C P Berlinguette, Chem. Mater 26 (2014) 1654. 5. T W Kim, K S Choi, Science 343 (2014) 990. 6. Y Zhang, J Rosen, G S Hutchings, F Jiao, Catal. Today 225 (2014) 171. 7. X. Lu and C. Zhao, J. Mater. Chem. A 1 (2013) 12053. 8. L Lv, T Ye, L Gong, K Wang, J Su, X Li and J Chen, Chem. Mater 27 (2015) 544. 9. M Yun, J Choe, J You, M S Ahmed, K Lee, Z Ustundag and S Jeon, Food Chem 169 (2015) 114. 10. Y Liang, H Wang, P Diao, W Chang, G Hong, Y Li, M Gong, L Xie, J Zhou, J Wang, T Z Regier, F Wei and H Dai, J. Am. Chem. Soc 134 (2012) 15849. 11. Y Liu, D C Higgins, J Wu, M Fowler, Z Chen, Electrochem. Commun 34 (2013) 125. 12. A Aijaz, J Masa, C Rçsler, W Xia, P Weide, A J R Botz, R A Fischer, W Schuhmann and M Muhler, Angew. Chem. Int. Ed 55 (2016) 4087. 13. Y Li, Y Wu, J. Am. Chem. Soc 131 (2009) 5851. 14. D Pelecky, M Bonder, T Martin, E M Kirkpatrick and X Q Zhang, IEEE Trans. Magn 34 (1998) 4. 15. J Yang, S Gunasekaran, CARBON 51 (2013) 36.

تحت نظارت وف بومی