Synthesis of first row transition metal oxide nanomaterials for electrocatalytic water oxidation reaction

Fosil yakıtların kullanımından kaynaklanan çevresel endişelerin artması güvenli, temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına olan talebi önemli ölçüde artırmıştır. Hidrojen, bağında bulundurduğu yüksek enerji sebebiyle önde gelen enerji taşıyıcılarındandır. Aynı zamanda bu özelliğiyle fosil yakıtların kullanımına önemli bir alternatiftir. Bu sebeple, su gibi kolayca erişilebilen ve doğada bol miktarda bulunan kaynaklardan elektrokimyasal ayrıştırma yöntemiyle hidrojen elde edilmesi son yirmi yılda artan ilgi odağı haline gelmiştir. Fakat, suyun yükseltgenmesinin gerçekleştiği anot yarı tepkimesi yüksek enerji bariyeri sebebiyle suyun ayrışmasını yavaşlatmaktadır. Bu da, hidrojenin verimli bir şekilde elde edilebilmesi için aşırıgerilim uygulanmasını ve yüksek kararlılık ve etkinliğe sahip katalizörlerin kullanımını gerekli kılmaktadır. Çok sayıda metal oksit nanomalzeme suyun elektrokimyasal yükseltgenmesinde kullanılmış ve etkinlikleri kanıtlanmıştır. Benzersiz özelliklerinin yanı sıra, sahip oldukları geniş yüzey alanı ve dolayısıyla çok sayıdaki aktif yüzeyleriyle bu nanomalzemeler elektrokatalizör olarak gelecek vaat etmektedirler. Bu tez, doğada bol bulunan geçiş metalleri kullanılarak çeşitli bileşimlerde bimetalik nanomalzemelerin hazırlanması ve tanımlanmasının yanı sıra suyun yükseltgenme tepkimesindeki elektrokimyasal etkinliklerinin incelenmesini kapsamaktadır. İlk olarak, farklı şekillere sahip CuCr2O4, FeMnO3, NiFe2O4-NiO and NiCo2O4-NiO yapılarında nanomalzemeler kolay ve tekrarlanabilir yöntemlerle sentezlenmiştir. Sentezlenen nanomalzemeler XRD, SEM, EDX, TEM, XPS, ICP-OES ve BET gibi çeşitli analitik tekniklerle tanımlanmıştır. Daha sonra, iletken elektrot yüzeyleri bu nanomalzemelerle kaplanmış ve son olarak suyun yükseltgenme tepkimesinde elektrokimyasal etkinlikleri incelenmiştir. Sentezlenen malzemeler, bu tepkimede referans olarak kullanılan RuO2 katalizörle kıyaslanabilir etkinlik göstermiştir. Bu malzemelerin benzer yapılardaki diğer katalizörlere kıyasla suyun yükseltgenmesinde daha aktif oldukları görülmüştür.