Electrocatalytic water splitting with Prussian blue analogues under external stimuli

Suyun parçalanması için uzun ömürlü ve verimli katalizörlerin geliştirilmesi, karbon emisyonlarından arınmış bir dünyanın ilerlemesi için kritik bir öneme sahiptir. Prusya mavisi analogları olarak bilinen bir bileşik sınıfı (PBAs), yüksek kararlılık, çeşitlilik ve sürdürülebilir su bölünme cihazlarının geliştirilmesi için basit sentez gibi birçok avantaja sahiptir. Bu tez, dış uyarıcılar ile desteklenen PBA tabanlı genel su bölünme elektrolitik hücrelerinin inşasını araştırmaktadır. Alsac ve iş arkadaşları, çeşitli PBAs'ın oksijen evrim reaksiyonu (OER) verimliliğini inceledi ve Co-Co'nun Co-M PBAs içinde en iyi performansı sergilediğini göstediler. Ahmad ve iş arkadaşları, çeşitli PBAs'ın hidrojen evrim reaksiyonu (HER) performansını incelemiş ve Co Ni'nin performansta öne çıktığını gözlemlemişdiler. Ayrıca, Chalil Oglou ve iş arkadaşları, FTO yüzeyine elektrodepozite edilen Co-Fe PBA'nın OER katalitik aktivitesi üzerinde manyetik alanın etkisini açıklamaya çalıştılar. Bulguları, manyetik alan etkisi altında artan bir katalitik aktiviteyi öne sürmüştür. Bu fenomeni daha iyi anlayabilmek için, bu çalışmada manyetik alan ve güneş ışığı ışınımının etkisi altında tam su bölünme (OWS) olayını araştırmayı amaçlıyoruz. Bu tezde, [Co-Co] OER reaksiyonu için kullanılmıştır, [Co-Ni] ise HER reaksiyonu için kullanılmıştır. Her iki elektrot da iki aşamalı bir elektro-depo yöntemi kullanılarak hazırlanmış ve SEM, EDAX, P-XRD, XPS ve ATR-FTIR ile kapsamlı olarak karakterize edilmiştir. SEM görüntüleri, [Co-Co] ve [Co-Ni] için sırasıyla florlu kalay oksit (FTO) elektrot üzerinde oluşan tehdit benzeri ve iğne benzeri büyüyen partiküllerin homojen boyutlarını ortaya koymaktadır. Pratik ve post-katalitik elektrotların oksidasyon durumları ve elektro-katalitik süreç sırasındaki kararlılıkları XPS ve FTIR çalışmaları ile doğrulanmıştır. Bu katalizörlerin elektrokimyasal karakterizasyonu lineer tarama voltametrisi (LSV), kronoamperometri (CA) ve dönüşümlü voltametri (CV) profilleri ile ayrıntılı olarak incelenmiştir. Elektrokimyasal performans, OER, HER ve manyetik veya güneş ışığı ışınımı altında tam su bölünmesi olarak üç bölümde incelenmiştir. (i) FTO/[Co-Co] OER performansı LSV ile değerlendirilmiştir ve dış uyarıcıların etkisi altında belirgin artış pikleri gösterilmiştir. Manyetik alan etkisi altında, aşırı gerilim 949 mV ile % 11.9'luk bir artış gösterirken, güneş ışığı varlığında, aşırı gerilim 949 mV ile% 10.7'lik bir artış göstermiştir. Manyetik alan altında kaydedilen CA profilleri, manyetik alanın şiddeti ile akım yoğunluğu artışı arasında doğrudan bir ilişki olduğunu göstermiştir. Tersine, güneş ışığı ışınımı altında kaydedilen CA profillerinde ters bir eğilim gözlemlenmiştir, bu da manyetik alan altında görülen artışın güneş ışığı ışınımı altındakinden farklı olduğunu önermektedir. (ii) OER çalışmalarına benzer şekilde, FTO/[Co-Ni]'nin HER aktivitesi güneş ışığı ışınımı ve manyetik alanın etkisi altında araştırılmıştır. LSV profili, yalnızca güneş ışığının etkisi altında artış göstermiş olup manyetik alan altında ise önemli bir artış göstermemiştir. Önceki çalışmaların aksine HER için CA profilleri, manyetik alan altında küçük bir artış (1.4%) göstermiştir ve aşırı gerilim 300 mV'a ayarlanmıştır. (iii) İki ve üç elektrotlu sistemler, tam su bölünme çalışmalarını yürütmek için kullanılmıştır. Bu çalışmada, iki elektrotlu sistem kullanılmıştır. İş-çalışma duyusu elektrodunda FTO/[Co Co] ve karşı/referans elektrodunda FTO/[Co-Ni] kullanmak ve 1 mA/cm2 'lik bir akım yoğunluğu elde etmek için sisteme yaklaşık olarak 1013 mV'luk bir aşırı gerilim uygulanmıştır. Her elektrodun benzersiz voltaj katkılarının analizi, bu gözlemi açıklamaya yardımcı olmuştur. OER için yaklaşık 1.3 V gözlemlenirken, HER tarafı için bu değer 0.6 V'tur. Öte yandan, üç elektrotlu yapıda çalışma elektrodu FTO/[Co-Co], karşı elektrot FTO/[Co-Ni] ve referans elektrodu Ag/AgCl'dir. Gözlemlenen profil, güneş ışığı ve manyetik alanın varlığında önemli bir iyileşme gösterdi. Genel olarak, bu çalışma, katalizde hala iyileştirme için geniş bir alan bulunduğunu ve dış etkenler gibi reaksiyon koşullarındaki hafif değişikliklerin katalizdeki göstermektedir. Bu tez, katalitik uygulamalarda Prusya mavisi analoglarının kullanımı konusundaki mevcut çabaları temel alarak, çıtayı yükselterek ve zengin bir boyut ekleyerek bu zorluğa yeni bir boyut kazandırmaktadır.