Hidrojen ve oksijen oluşum reaksiyonları için verimli ve iki fonksiyonlumetal katkılı WB2 ve MoB2 elektrokatalizörlerin dizaynı

Son yıllarda, enerjiye olan ihtiyacın artması, çevresel problemler ve iklim değişiklikleri sebebiyle araştırmacılar yeni ekonomik katalizörler araştırmaya başlamıştır. Elde edilecek yeni işlevsel katalizörler sayesinde yenilenebilir enerji kaynaklarından saf enerji üretimi sağlanması amaçlanmaktadır. Geçiş metalleri temelli borürler, dikkate değer özellikleri sayesinde hem hidrojen hem de oksijen oluşum reaksiyonları (HER ve OER, sırasıyla) için iki işlevli ve çok iyi kararlılıkları sayesinde göz önünde bulunmaktadır. Önde gelen elektronik iletkenlikleri ve yüksek yoğunlukta bulunan aktif bölgeleri gibi özelliklerinin başlıca sebebi 3 boyutlu sistemlerinde bulunan 2 boyutlu katmanlı yapıyı sağlayan bor alt kümeleridir. Bu tez çalışmasında, farklı geçiş metalleri (Ni ve Co) ve konsantrasyon oranlarıyla (x = 0, 0.1, 0.2, ve 0.3 hatta MoB2 için daha fazla) katkılanmış, farklı iki alternatif yöntem ile sentezlenmiş (erimiş tuz ile asiste edilmiş ve karbotermal indirgeme yöntemi) metal katkılı WB2 ve MoB2 incelenmiştir. Amaç, kristal yapının ve morfolojinin kontrol edilerek, yüzeydeki elektronik yapının uygun hale getirilmesi ve yüzeye tutunma ve ayrılma özelliklerinin optimize edilmesidir. Sonuçlar göstermiştir ki erimiş tuz yardımıyla sentezlenen elektrokatalizörler hem OER hem HER için daha iyi özellik göstermiştir. Özellikle W0.8Co0.2B2/ms örneği, OER için 340 mV aşırıgerilimi ile 10 mA cm-2 akım yoğunluğuna ulaşırken, HER için 363 mV ile ulaşmıştır. Benzer olarak, Mo0.8Co0.2B2/ms elektrokatalizörü de 340 mV aşırıgerilimi ile OER ulaşırken, Mo0.9Ni0.1B2/ms örneği daha da iyi bir ilerleme göstererek sadece 220 mV ile HER performansı vermiştir. Bu incelemelere ek olarak, W0.8Co0.2B2/ms hem OER hem HER için 12 saat boyunca çok iyi bir kararlılık göstermiştir. Ancak, Mo0.9Ni0.1B2/ms elektrokimyasal performansını diğerlerine göre en az kaybederek 12 saat boyunca mükemmel bir HER kararlılığı göstermiştir. Sonuç olarak, nano boyuttaki tanecikler kontrol edilerek, örneklerdeki homojen dağılım sağlanarak ve metal diborürlerdeki katmanlı yap korunarak, erimiş tuz yardımıyla sentezlenen elektrokatalizörler; mikron yapıda bulunan ve farklı faz yapılarının oluşmasına olanak tanıyan karbotermal indirgeme yöntemi ile sentezlenenlere kıyasla gözle görülür şekilde iyi performans göstermiştir. Bu sonuçlara göre, katmanlı metal diborürler, verimli elektrokatalizörler olarak hidrojen ve oksijen oluşum reaksiyonları için kullanılma potansiyeline sahiptir.