Nikel borat bileşiklerinin suyun yükseltgenmesi alanında elektrokatalitik aktivitelerinin incelenmesi

Abstract

Fosil-temelli yakıtların sınırlı olması ve çevreye karşı olumsuz etkilerinden dolayı, alternatif enerji kaynaklarına yönelmek zorunluluk olarak görülmektedir. Hidrojen, yüksek enerji yoğunluğundan dolayı iyi bir alternatif olarak görülmektedir. Hidrojen üretimindeki araştırmalar son zamanlarda suyun ayrıştırılması için uygun maliyetli ve dayanıklı heterojen katalizörlerin geliştirilmesine yönelmiştir. Oksit olmayan kobalt bazlı su yükseltgeme elektrokatalizörleri, hem asidik hem de bazik ortamlarda kararlı olduklarından son zamanlarda dikkat çekmiştir. Bu çalışmada, Kotoite kristal yapısına sahip kararlı Ni3(BO3)2, Ni2Co(BO3)2, NiCo2(BO3)2 ve Ni2Cu(BO3)2 olmak üzere dört nikel borat bileşiği katı hal yöntemi ile sentezlendi. Sentezlenen bileşikler toz XRD, XPS, FT-IR, ICP-OES ve SEM-EDX yöntemleri ile karakterize edildi. Bu bileşikler, elektrokimyasal su yükseltgeme katalizörleri olarak ilk kez kullanıldı. Bu bileşiklerin elektrokatalitik aktiviteleri; FTO elektrot üzerinde üç farklı pH çözeltisinde, CC elektrot üzerinde 1 M KOH çözeltisinde ve son olarak aktivitesi en yüksek çıkan NiCo2(BO3)2 ve CNT ile hibrit materyal hazırlanarak CC elektrot üzerinde 1 M KOH çözeltisinde olmak üzere üç aşamada incelendi;

Due to the limited availability of fossil-based fuels and their negative impact on the environment, alternative energy sources are seen as a necessity. Hydrogen is seen as a good alternative due to its high energy density. Research on hydrogen production has recently been directed to the development of cost-effective and durable heterogeneous catalysts for water splitting. Non-oxide cobalt-based water oxidation electrocatalysts have attracted attention recently because they are stable in both acidic and basic environments. In this study, four nickel borate compounds with Kotoite crystal structure, stable Ni3(BO3)2, Ni2Co(BO3)2, NiCo2(BO3)2 and Ni2Cu(BO3)2, were synthesized by solid state method. The synthesized compounds were characterized by powder XRD, XPS, Infrared, ICP-OES and SEM-EDX methods. These compounds were used for the first time as electrochemical water oxidation catalysts. The electrocatalytic activities of these compounds were investigated in three stages incluiding: in three different pH solutions on the FTO electrode; in 1 M KOH solution on the CC electrode and finally, hybrid material was prepared with NiCo2(BO3)2, which had the highest activity and CNT on the CC electrode in 1 M KOH solution.