نانوصفحات کربید تیتانیوم در واکنش تولید هیدروژن: تاثیر دمای ساخت و زیرلایه در لایه‌نشانی الکتروفورتیک

محورهای موضوعی : نانومواد

سمیرا یوسف زاده ¹

1 - گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه مهندسی، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران

تاریخ دریافت : 1402/11/12 تاریخ پذیرش : 1403/01/31 تاریخ انتشار : 1403/07/29

کلید واژه: کربید تیتانیوم, اچ, پتانسیل مازاد, واکنش تولید هیدروژن.,

چکیده مقاله :

در این تحقیق، پودر بالک کربید تیتانیوم از طریق اچ لایه‌های آلومینیوم در سه دمای 45، 65 و °C 85 از فاز مکس آن (Ti3AlC2)، تهیه شد. نتایج EDS و آنالیز XRD نشان داد که با افزایش دما، میزان لایه‌برداری لایه‌های آلومینیوم از Ti3AlC2 (کاهش نسبت اتمی Al/Ti از 171/0 به 121/0) و در نتیجه فاصله صفحات از 26/1 به nm 71/1 افزایش می‌یابد. مقایسه تصاویر FESEM برای پودر بالک کربید تیتانیوم، حذف مقدار بیشتری از اتم‌های Al و ایجاد نانوصفحات متصل و آکاردئونی را با افزایش دما نمایش داد. همچنین، نتایج بدست آمده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی تونلی TEM از سوسپانسیون نانوساختارهای ایجاد شده از پودر بالک کربید تیتانیوم تحت امواج فراصوت، نانوصفحاتی به اندازه‌ چند صد نانومتر و با تعداد صفحات مختلف را نشان داد. با توجه به اهمیت زیرلایه در واکنش تولید هیدروژن و لایه‌نشانی سوسپانسیون نانوصفحات TiC (تهیه شده در دمای °C 45) بر روی زیرلایه‌های فوم نیکل، مش مس و مش استیل، به ترتیب پتانسیل مازاد 207، 288 و (vs RHE)mV 337 در چگالی جریان mA.cm−2 10- برای الکترودهای ساخته شده بدست آمد. برتری زیرلایه فوم نیکل در فعالیت الکتروکاتالیستی نسبت به دو زیرلایه دیگر از خاصیت الکتروکاتالیستی عنصر نیکل، مساحت سطح زیاد ومقاومت زیاد در برابر خوردگی در pHهای بالا نشات می‌گرفت. به علاوه، سوسپانسیون‌های نانوصفحات TiC ساخته شده در دماهای مختلف، بر روی فوم نیکل لایه‌نشانی شد. بر اساس نتایج، نانوصفحات TiC حاصل در دمای °C 45 با پتانسیل مازاد mV 207 در چگالی جریان mA.cm-2 10-، به عنوان دمای مناسب تعیین گردید که ناشی از مقدار کم گروه‌های عاملی اکسیژن‌دار در سطح نانوصفحات در این دما نسبت به دماهای دیگر بود.

منابع و مأخذ:

[1] S. Singh, S. Jain, Venkateswaran, K. Tiwari, R. Nouni, K. Pandey, S. Goel, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 51, 2015, 623.
[2] Y. Liu, H. Zhang, J. Zhou, S. Guan, R. Shen, W. Zhang, X. Sheng, L. Wang, X. Guo, X. Wu, J. Jiang, B. Liu, Y. Wang, B. Li, Applied Catalysis B: Environment and Energy, 354, 2024, 124143.
[3] J. Liu, X. Yang, X. Guo, Z. Jin, Journal of Materials Science & Technology, 196, 2024, 112.
[4] Z. Lv, W. Ma, M. Wang, J. Dang, K. Jian, D. Liu, D. Huang, Advanced Functional Materials, 31, 2021, 2102576.
[5] P. Asen, A. Esfandiar, H. Mehdipour, Nanoscale, 14, 2022, 1347.
[6] L. Quan, H. Jiang, G. Mei, Y. Sun, B. You, Chemical Reviews, 124, 2024, 3694.
[7] S. Lee, B. Min, J. Bang, Scientific Reports, 12, 6076, 2022.
[8] A.D. Handoko, K.D. Fredrickson, B. Anasori, K.W. Convey, L.R Johnson, Y. Gogotsi, A. Vojvodic, Z.W. She, ACS Applied Energy Materials, 1, 2018, 173.
[9] S. Li, P. Tuo, J. Xie, X. Zhang, J. Xu, J. Bao, B. Pan,Y. Xie, Nano Energy, 47, 2018, 512.
[10] Y. Jiang, T. Sun, X. Xie, W. Jiang, J. Li, B. Tian, C. Su, ChemSusChem, 12, 2019, 1368.
[11] W. Zhao, B. Jin, L. Wang, C. Ding, M. Jiang, T. Chen, S. Bi, S. Liu, Chinese Chemical Letters, 33, 2022, 557.
[12] N. Liu, Q. Li, H. Wan, L. Chang, H. Wang, J. Fang, T. Ding, Q. Wen, L. Zhou, X. Xiao, Nature Communications, 13, 2022, 5551.
[13] G. Li, Z. Chen, Y. Li, D. Zhang, W. Yang, Y. Liu, L. Cao, ACS Nano, 14, 2020, 1707.
[14] M. Faraji, F. Parsaee, M. Kheirmand, Journal of Solid State Chemistry, 303, 2021, 122529.
[15] H. Li, C. Tsai, A.L. Koh, L. Cai, A.W. Contryman, J.K. Norskov, X. Zheng, Nature Materials, 15, 2016, 48.
[16] N.H. Attanayake, S.C. Abeyweera, A.C. Thenuwara, B. Anasori, Y. Gogotsi, Y. Sun, D.R. Strongin, Journal of Materials Chemistry A, 6, 2018, 16882.
[17] J. Li, Z. Zhang, J. Yi, L. Miao, J. Zhang, Y. He, B. Huang, C. Zhao, Y. Zou, S. Wen, Nanophotonics, 9, 2020, 2415.
[18] Y. Pei, X. Zhang, Z. Hui, J. Zhou, X. Huang, G. Sun, W. Huang, ACS Nano, 15, 2021, 3996.
[19] M. Vakili, G. Cagnetta, J. Huang, G. Yu, J. Yuan, Molecules, 24, 2019, 2478.
[20] T. Zhang, L. Pan, H. Tang, F. Du, Y. Guo, T. Qiu, J. Yang, Journal of Alloys and Compounds, 695, 2017, 818.
[21] L. Chen, X. Shi, N. Yu, X. Zhang, X. Du, J. Lin, Materials, 11, 2018, 1701.
[22] S. Zavahir, P. Sobolciak, I. Krupa, D.S. Han, J. Tkac, P. Kasak, Nanomaterials, 10, 2020, 1.
[23] V. Nguyen, B.S. Nguyen, C. Hu, C.C. Nguyen, M. Shokouhimehr, A. Hasani, Nanomaterials, 10, 2020, 602.
[24] M. Gong, D. Wang, C.C. Chen, B.J. Hwang, H. Dai, Nano Research, 9, 2015, 28.
[25] B. Pierozynski, T. Mikolajczyk, Electrocatalysis, 7, 2016, 121.