Metal Çöktürülmüş TiO2 Elektrotta Hidrojen Gazı Eldesinin Araştırılması

Abstract

21.yy ın başlıca sorunlarından bir tanesi artan dünya nüfusu ve yaşam standartları nedeniyle küresel enerji talebinin artmasıdır. Birincil enerji kaynağı olarak fosil yakıtlar, 2014 yılında küresel enerji talebinin %82 'sini karşılamıştır. Fosil yakıtların yanması insan ve hayvan sağlığına olumsuz etkilerinin yanı sıra iklim değişikliği ve ulusal ekonomik sıkıntılara neden olmaktadır. Hidrojen fosil yakıtların yerini alabilecek karbon içermeyen bir enerji sistemidir. Hidrojen yüksek saflıkta etkili ve sürdürülebilir bir teknik olan suyun ayrıştırılmasıyla üretilebilir. Genellikle, suyun ayrıştırılmasında elektrokatalizörler kullanılır. Platin (Pt) bu teknik için en iyi elektrokatalizördür, ama azlığı, yüksek fiyatı ve düşük kararlılığı kullanımını sınırlamaktadır. Bu nedenle, yüksek elektrokatalitik etkinlikli yeni elektrokatalizörler acilen sentezlenmelidir. Son zamanlarda, Pt nin yerine geçecek daha ekonomik ve etkili olan nikel (Ni) temelli elektrokatalizörler çok iyi bir adaydır.Bu çalışmada, titanyum (Ti) elektrot yüzeyinde geniş yüzey alan elde etmek için yüksek sıralı titanyum dioksit nanotüpler (TiO2-NT) oluşturuldu. Bunun için anodik yükseltgenme yöntemi kullanılarak nano-tüp oluşumuna değişik gerilimlerin ve sürelerin etkisi araştırıldı. En uygun gerilim ve süre belirlendikten sonra hidrojen gazı çıkışına katalitik etkinliği arttırmak için TiO2- NT yüzeyine değişik sürelerde tekli Ni, Co ve değişik oranlarda ikili NiCo kaplamaları yapıldı. Kaplamaların karakterizasyonu için taramalı electron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı Xışını spektroskopisi (EDX), dönüşümlü voltametri (CV) ve X-ışını kırınımı (XRD) yöntemleri kullanıldı. Elektrotların hidrojen davranışı katodik akım-potansiyel eğrileri ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) ile araştırıldı. Bunun dışında, bu elektrotlar üzerinde deneysel olarak elektroliz sistemi kullanılarak hidrojen gaz hacimleri ölçüldü ve kararlılık ve dayanıklılık testleri en iyi elektrokatalizör üzerinde yapıldı. Sonuçlar; TiO2-NT nin elektrokatalizörler için geniş yüzey alana olanak sağladığını gösterdi. En yüksek elektronik iletkenlik, hidrojen hacmi, katalitik etkinlik ve kararlılık TiO2-NT-NiCo(2:8) elektrokatalizöründe elde edildi.