Yeşil sentez yöntemi ile nanoparçacık katalizörlerinin geliştirilmesi ve PEM elektroliz hücrelerinde uygulaması

Bu çalışmada, elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren proton değişim membranlı (PEM) elektroliz hücreleri için çevre dostu, ekonomik ve sürdürülebilir bir yöntem olarak yeşil sentez yaklaşımı benimsenmiştir. Bu kapsamda, biyolojik atık niteliğindeki fıstık yaprağı ekstraktı kullanılarak, düşük çevresel etkiye ve maliyete sahip bir indirgen madde elde edilmiş, bu madde aracılığıyla NiO, LaO ve CeO2 metal oksit nanoparçacıkları sentezlenmiştir. Sentezlenen bu metal oksit nanoparçacıkları, yüksek elektrokimyasal aktiviteye sahip IrOx ile birlikte Adams füzyon yöntemi kullanılarak IrO2-NiO, IrO2-CeO2 ve IrO2-LaO kompozit katalizörleri haline getirilmiş ve PEM elektroliz hücrelerinde anot katalizörleri olarak test edilmiştir. Performans değerlendirmeleri, 20–70 °C aralığında ve sabit sıvı akış hızında polarizasyon ölçümleriyle yapılmıştır. Sonuçlar, IrO2-NiO katalizörünün en düşük hücre gerilimi ve en yüksek akım yoğunluğu değerlerine ulaşarak en iyi elektrokimyasal performansı sergilediğini göstermiştir. IrO2-CeO2 katalizörü, yüksek gerilimlerde yüksek güç yoğunluğu üretmiştir. CeO2'nin oksijen boşluğu oluşturabilme kapasitesi nedeniyle yüksek potansiyellerde aktivitesi artsa da düşük iletkenliği nedeniyle reaksiyon kinetiği sınırlı kalmıştır. IrO2-LaO katalizörü ise orta seviyede bir performans sergilemiş; düşük elektriksel iletkenliğine rağmen, LaO'nun IrO2 ile oluşturduğu kimyasal etkileşim sayesinde CeO2'den daha iyi ancak NiO'dan daha düşük aktivite göstermiştir. Tüm katalizörlerin yapısal, morfolojik ve yüzey özellikleri XRD, TEM,SEM ve XPS analizleriyle detaylı şekilde karakterize edilmiştir. Bu çalışmada, farklı metal oksit destekli IrO2 katalizörlerinin elektrokimyasal aktivite ve güç yoğunluğu performansları karşılaştırılmış ve NiO destekli IrO2 katalizörünün PEM elektroliz hücreleri için en uygun anot katalizörü olduğu belirlenmiştir.