Hybrid Metal Oxide Nanoarrays: Fabrication, Properties and Energy Conversion Applications. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (PhD Dissertation) Ibrahim-PhD_Thesis_(g201309650).pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

توليد الطاقة من مصادر بديلة يعتبر مجال بحث قيد التطوير ليلاقي متطلبات الطاقة والبيئة المستدامة، بما ان حرق الوقود الاحفوري يسبب دمارا هائلا بسبب التلوث. لذلك الهدف الاساسي من بحث الدكتوراة هذا هو تطوير مواد ذو تركيب غيرمتجانس و مصفوفات نانوية هجينة لتطبيقات تحويل الطاقة. ولقد تم استكشاف تحديدا انقسام المائ الكهروضوئي لعدة مواد نانوية، التي تم تصميمها على قطب ضوئي كداعم ذاتي. المواد المحتملة المختاره لهذا الغرض تتضمن Ag/α.Fe2O3/TiO2, RGO/ZnO, GaON/ZnO, RGO/ZnO/PVDF, و Au/In2O3 Ag/α.Fe2O3/TiO2, و Au/In2O3 NAs تم تطوريها بتقنية الانود الكهروكيميائية المعدلة بينما Whereas RGO/ZnO, GaON/ZnO, RGO/ZnO/PVDF NAs تم تصنيعها بالطرق الكيميائية الرطبة المعززة بتقنية الصونوكيميائية. تم تطبيق عدة تقنيات تشخيص لاستكشاف الخواص الفيزوكيميائية. تم التحقق من الخواص الشكلية باستخدام المجهر الماسح الضوئي انبعاثي المجال، تم استخدام مطيافية الطاقة المتشتتة ومطيافية الاشعة السينية للفوتو الكترون لتحديد الحالة و الروابط الكيمايئية، التاكد من العناصر والتوزيع المتماثل للعناصر. تم اجراء تحليل حيود الأشعة السينية للتحقق من التبلر، الطور و ترتيب الوجوه للمواد النانوية. تم استخدام مطيافية الاشعة الحمراء و رامان لدراسة الرواط الاهتزازية واوضاع فونون. من المفيد ايضا دراسة التلالؤ الضوئي و مطيافية الانتشار الانعكاسي للاشعة فوق البنفسجية-والاشعة المرئية لاستكشاف الخواص الضوئية الالكترونية للمواد النانوية مثل سلوك اتحاد الشحنة ل الكترون/الفجوة، مسافة الحزمة الصوئية و اماكن الحزمة. تم استخدام تقنيات كهروكيمائية مثل الفولتية الدورية، الفولتية الخطية ، الكرونوامبيرية و مطيافية المقاومة الالكترونية لدراسة اداء المواد النانوية لتطبيقات تجميع الطاقة على شكل كثافة تيار ضوئي (ملي امبير/ سم2)، ثباتية، انتقال شحنة سعوي و كفاءة طاقة شمسية الى هيدروجين. بالاضافة الى ذلك تم اختبار RGO/ZnO/PVDF NAs المرن لتطبيقات البيزوكهربية عن طريق راسم الذبذبات و تقنيات ذات صلة. و اخيرا قمنا باقتراح ميكيانيكة للمواد النانوية المحضرة لكل تطبيق مع مسح ادبي وتجارب داعمة. ولقد تم كل هذا العمل البحثي على المستوى المعملي.

English Abstract

Alternative energy generation is an evolving field of research to meet the future energy demands and environmental sustainability, as the fossil fuels burning caused tremendous anthropogenic devastations, lately. Therefore, the main objective of this Ph.D. dissertation is to develop advance heterostructure and hybrid nanoarrays (NAs) materials for energy conversion applications. We especially explored the photoelectrochemical (PEC) water splitting characteristics of various NAs, which were directly fabricated on the self-supported photoelectrode. The potential materials choose for this purpose include Ag/α.Fe2O3/TiO2, RGO/ZnO, GaON/ZnO, RGO/ZnO/PVDF, and Au/In2O3. Ag/α.Fe2O3/TiO2, and Au/In2O3 NAs were developed by modified electrochemical anodization technique. Whereas RGO/ZnO, GaON/ZnO, RGO/ZnO/PVDF NAs have been synthesized by sonochemical assisted wet chemistry methods. Various characterization techniques were applied to explore the physicochemical properties. The morphological features were investigated using a field emission scanning electron microscopy (FESEM). Energy dispersion spectroscopy (EDS or EDX) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) used to determine chemical states and bonding, elemental confirmation, and distribution of the constituent elements. X-ray diffraction (XRD) analysis was performed to investigate the crystallinity, phase, and facet arrangement of the NAs. Fourier transform infrared (FTIR) and Raman spectroscopies were utilized to study the vibrational bands and phonon modes. The photoluminescence (PL) and UV-Vis/diffuse reflectance spectroscopy (DRS) were found useful to explore the optoelectronic behaviors of the NAs such as the charge recombination behavior of photoinduced electrons/holes, optical band gaps and bands positions, respectively. The electrochemical techniques such as cyclic voltammetry (CV), linear sweep voltammetry (LSV), chronoamperometry (I-t), electronic impedance spectroscopy (Nyquist plot) were used to measure the performance of the as-synthesized NAs for energy harvesting applications in terms of photocurrent densities (mA/cm2), stability, charge transfer capacity and solar to hydrogen (STH) efficiencies. Additionally, the elastic RGO/ZnO/PVDF NAs were also tested for piezoelectric applications via oscilloscope and related techniques. Finally, we also proposed the respective mechanisms for the as-synthesized heterostructure NAs systems for each application with literature and experimental support. The overall research was performed at the lab scale.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Qurashi, Ahsanulhaq
Committee Members:	Ullah, Nisar and Khaled, Mazen and Isab, Anvarhussein and Abulkibash, Abdallah
Depositing User:	IBRAHIM -- (g201309650)
Date Deposited:	28 Aug 2018 09:06
Last Modified:	31 Dec 2020 05:54
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140783