Role of Silica in the self-assembly of salt-surfactant mesophases and synthesis of Mesoporous metal oxides

Son yıllarda, mezogözenekli metal oksitler benzersiz optik, elektrokimyasal ve katalitik özellikleri nedeniyle büyük ilgi çekmektedir. Mezogözenekli nikel oksit (m-NiO), yüksek yüzey alanına sahip olması ve p-tipi bir yarı iletken olması nedeniyle uygulama alanları çok yönlüdür. Bu nedenle, mezogözenekli nikel oksit elektrokromik cihaz, elektrot, süperkapasitör ve katalizör alanları için yoğun çalışılmıştır. Nikel oksitin elektrokimyasal özellikleri morfolojisine, yüzey alanına ve partikül boyutuna bağlıdır. Bu tezde, yüksek yüzey alanına ulaşmak için yumuşak kalıplama (eriyik tuz yardımlı kendiliğinden oluşma yöntemi) ve sert kalıplama yöntemleri birlikte kullanılarak mezogözenekli nikel oksit ince filmleri sentezlenmiştir. Homojen sulu çözeltilerde nikel(II) nitrat hekzahidrat ([Ni(H2O)6](NO3)2), TMOS (tetrametilortosilikat, silika kaynağı) ve iki yüzey aktif madde CTAB (yüklü yüzey aktif madde) ve C12E10 (iyonik olmayan yüzey aktif madde) çözeltileri, yalnızca TMOS eklenmeden önce nitrik asit eklenirse karalıdır. Nitrik asit olmadığında, TMOS hızla hidrolize olup polimerleşerek, silika olarak çöker. Silika ayrıca nikel(II) klorür hekzahidrat, nikel(II) sülfat hekzahidrat, kobalt(II) nitrat hekzahidrat ve mangan(II) nitrat tetrahidrat gibi diğer tuzlar kullanılarak da oluşur. Bu silika çökeltileri çözeltiden ayrıldıktan sonra ATR-FTIR, küçük-açı ve geniş-açı XRD ve N2 adsorpsiyondesorpsiyon ölçümleri ile karakterize edilmiştir. 1.7 ve 23o derecedeki difraksiyon kırınımları, numunin mesoyapılı ve yüzeyaktif bölümler arasında yer alan amorf silika olduğunugöstermektedir. Silika çökeltileri 2 saat boyunca 450 oC'de kalsine edilerek vii yüzey aktif madde tamamen uzaklaştırılmış ve oluşan malzeme ATR-FTIR, küçük-açı ve geniş-açı XRD ölçümleri, N2 adsorpsiyon-desorpsiyon analizi ve SEM-EDX ile karakterize edilmiştir. Maksimum yüzey alanı (1395 m2 /g) kobalt(II) nitrat hekzahidrat tuzu ile elde edilmiştir ve EDX analizi, elementel analizinde silikon ve oksijenden başka bir element olmadığını doğrulanmıştır. Nikel(II) nitrat hekzahidrat ([Ni(H2O)6](NO3)2), HNO3, TMOS ve iki yüzey aktif madde (CTAB veC12E10) homojen kararlı sulu çözeltileri, arafazları oluşturmak amacı ile, cam bir alttaş üzerine damlatılarak küçük-açı XRD, ATR-FTIR ve POM teknikleri ile analiz edilmiştir. 1.5 ve 1.6 derecedeki difraksiyon kırınımları düzenli liyotropik sıvı kristal arafazların oluşumunu gösterir. Bu arafazlar daha sonra farklı sıcaklıklarda (250 ila 500 oC) kalsine edilmiş ve elde edilen mezogözenekli NiO/SiO2 tozları ATR-FTIR, XRD, N2 adsorpsiyon-desorpsiyon ve SEM-EDX teknikleri ile karakterize edilmiştir. 300 °C'de yakılan malzemelerden elde edilen XRD desenleri, mezogözenekli 2.6 nm kristalin NiO kaplı silika (m-NiO/SiO2) ince filmlerin oluşumunu gösterir. Gözenek duvarlarında kaplı nickel oksit parçacık boyutu, sıcaklık arttıkça büyür ve 500 °C'de parçacık boyutu yaklaşık 7.9 nm olur. XRD verisi, yüksek sıcaklıklarda azalan BET yüzey alanı analizi tarafından da desteklenmektedir. 300 °C'de BET yüzey alanı 305 m2 /g iken, 500 °C'de bu değer 174 m2 /g'ye düşer. Bununla birlikte, m-NiO/SiO2'nin gözenek boyutu değişmez, bu da gözenek duvarlarının silika sert şablonun varlığından dolayı üç boyutlu alanda değil, iki boyutlu alanda büyüdüğünü gösterir. Dolayısıyla, sert ve yumuşak kalıplama yöntemlerinin birleştirilmesi yöntemi, yüksek yüzey alanına sahip kristalin malzemelerin sentezinde verimli bir şekilde kullanılabilir. m-NiO/SiO2 filmleri FTO alttaş üzerine kaplanıp farklı sıcaklıklarda kalsine edilerek elektrokimyasal oksijen üretme tepkimesi (OER) için elektrotlar üretildi. Döngüsel voltametri sırasında, m-NiO/SiO2 gözenek duvarı NiOOH'a oksitlenir ve geri dönğüde ise Ni(OH)2'ye indirgenir. Ayrıca, bu elektrotların OER overpotansiyel ölçümleri, zamanla ve kullandıkça azaldığı ve elektrot kalınlığına bağlı olmadığı belirlendi.