Investigation of electrocatalytic performance of prussian blue analogues for water splitting

Hidrojen üretimindeki araştırmalar son zamanlarda suyun bölünmesi için uygun maliyetli ve dayanıklı heterojen katalizörlerin geliştirilmesine yönelmiştir. Su oksitleyen katalizörler olarak çeşitli Prusya mavisi türevleri araştırılmış olmasına rağmen, su oksidasyonu için verimli ve ideal Prusya mavisi türevlerinin dizaynına odaklanan kapsamlı bir araştırma yapılmamıştır. Bu tezde, farklı siyanür prekursörleri olan bir dizi PBA, hekzasiyanometal grubunun elektrokatalitik su oksidasyonu aktivitelerine olan etkisi araştırılmıştır. Çevrimsel voltametrik, kronoamperometrik ve kronopotansiyometre ölçümleri, elektroaktif kobalt alanlarının elektron yoğunluğu ile elektrokatalitik aktivite arasındaki yakın ilişkiyi ortaya çıkarmakta ve bu çalışmalar da Infrared ve XPS gibi karakterizasyon teknikleri ile doğrulanmıştır. Siyanür bazlı sistemlerin katalitik mekanizması ve elektronik yapısı hakkında fikir edinmek, muhtemel ara stepleri tanımlamak ve sürecin hız kısıtlama basamağını atamak için pH bağımlı çevrimsel voltametri çalışmaları da yapılmıştır. Bu çalışmaya ek olarak, morfolojideki değişikliğin, su oksidasyon kabiliyetinde amorf pentasiyanoferrat koordinatlı PB üretmek için 1-heptil 4- (4-piridil) piridinyum bromür olan bir N verici ligand kullanılarak etkisi araştırılmıştır. PB için katalitik aktivite üzerindeki gelişmeleri gözlemlemek için sentez, karakterizasyon ve elektrokimyasal deneyler gerçekleştirilmiştir ve sonuç olarak bu sentez yoluyla, elektroaktif kobalt merkezleri yaklaşık iki kat artmıştır. Amorf yapının, kobalt heksasiyanoferratlara kıyasla, katalitik aktivite üzerinde olumlu etkisi olduğu gözlemlenmiştir. 1 mA.cm-2'lik bir akım yoğunluğu için metal heksasiyanometalatlardan çok daha düşük olan 421 mV aşırı potansiyel elde edilmiştir. Çeşitli kobalt bazlı sistemlerin umut verici katalitik aktiviteleri ve prusya mavisi türevlerinin su oksidasyonu da dahil olmak üzere katalitik proseslerde dayanıklılığı göz önüne alındığında, Co-Co Prusya mavisi türevi, ilk kez bir hidrojen çıkışı katalizörü olarak kullanılmıştır. Co-Co Prusya Mavisi modifiyeli elektrot ile, 250 mV'lık bir aşırı potansiyel, 80.2 mV.dec-1'lik bir Tafel eğimi ve 0.090 s-1'lik bir devir frekansı ile önemli bir katalitik aktivite gözlemlenmiştir. Katalitik aktivite öncesi ve sonrası karşılaştırmalı XPS, Infrared ve XRD çalışmaları da katalizörün stabilizesini doğrulamıştır.