Developing Scalable Supports and Electrocatalysts for Efficient Hydrogen Evolution

Developing Scalable Supports and Electrocatalysts for Efficient Hydrogen Evolution. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
PhD_Thesis_KHALED ALAQAD.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 6 March 2023.

Download (10MB)

Arabic Abstract

إنتاج الهيدروجين بإستخدام دواعم المحفزات الكهربائية هو مجال بحثي ناشئ. العديد من الدراسات وضحت بأن الترابط بين المحفزات الكهربية مع الدواعم الصحيحة يقلل الجهد الزائد وبالتالي يعزز الكفاءة الكلية لإنتاج الهيدروجين. على سبيل المثال، العناصر الإنتقالية والفلزات الخاملة (البلاتين) المعتمدة على المحفزات الكهربائية المدعومة على المواد الكربونية قد تم تصنيعها وأوضحت أن لها كفاءة عالية في إنتاج الهيدروجين من فصل الماء. ومع ذلك فإن التوسع والزيادة لهذه المواد يبقي تحديا. ولذا فمن الأهمية أن يتم تطويرالدواعم الجديدة والقليلة الثمن مثل أنابيب التيتانيوم المحضرة بواسطة العمليات الأنودية التي تسطيع أن تستخدم في الزيادة العالية.قد تم تطوير المحفزات الإنتقالية المعتمدة علي الفزات الإنتقالية لفصل الماء أو علي الأقل تقليل كمية العنصر النبيل مثل البلاتين ايضا قد تم تحقيقها. بالإضافة ، تقنيات تصنيعية مختلفة قد تم إستخدامها لتحضير الحوافز الكهربائية مثل طريقة المعالجة الحرارية المائية قد استخدمت لتحضير المولابيدينم سلفيد النانو ورقي و طريقة الترسيب الضوئي قد استخدمت في تحضير أكسيد البلاتين النانو عنقودي المدعوم علي أنابيب التيتانيوم النانونية و طريقة الترسيب الكهربئ قد تم استخدامها أيضا في تحضير الكوبلت فوسفيد النانو كروي المدعم علي أنابيب التيتانيوم النانونية. علاوة علي ذلك، المجهر الماسج الالكتروني ومجهر الأشعة السينية المشتت و مطيافية رامان و المطيافية السينية للالكترون الضوئي ومجهر الإختراق ذو الجودة العالية ومجهر الاختراق العادي ، قد تم أستخدامها لتشخيص المواد المصنعة. كفاءة الأقطاب المحضرة كانت مبنية في تطبيق الطاقة الكهروكيميائية من خلال دراسة تفاعل إنتاج الهيدروجين. تفاعلات إنتاج الهيدروجين قد تم تحقيقها في كلا من المحاليل القاعدية والحامضية. السلوك التفاعلي لإنتاج الهيدروجين لكل الحوافزالكهربائية المعتمدة علي أنابيب التيتانيوم قد تم مقارنتها مع البلاتين كاربون التجاري المرجعي (Pt/C) . بالإضافة الي ذلك، دراسة آلية التفاعل ومخطط تافل و مساحة السطح النوعية و مساحة السطح النشطة الكهروكيميائية و التوصيلية الكهربيائية قد تم إجرائه

English Abstract

Hydrogen evolution using supported electrocatalysts is an emerging research area. Many studies demonstrate that the combination of the electrocatalysts with the right supports reduces the overpotential and thus enhances the overall efficiency of hydrogen production. As an example, transition metal-based and Pt-based electrocatalysts supported on carbon materials are synthesized, and they demonstrated high activity. However, scaling up these materials remains very challenging. Thus, it is essential to develop cheap and novel supports such as titanium nanotubes by anodization process that can be used on a large scale. Developing transition metal-based electrocatalysts for water splitting and/or at least to minimize the loadings of noble metal-based electrocatalysts were also investigated. In addition, a hydrothermal process was applied to synthesize molybdenum sulfide electrocatalyst, and electrodeposition was also used to prepare cobalt oxyphosphide. Scanning electron microscopy (SEM), dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and X-ray diffraction (XRD) were utilized to characterize the synthesized materials. The efficacy of electrodes was demonstrated in electrochemical energy conversion applications by studying hydrogen evolution reaction (HER) from water splitting. The HER reactions were investigated both in acidic and basic electrolytes. The HER performance of all electrocatalysts was compared with that of benchmark commercial Pt/C. A detailed study elucidating electrode kinetics was performed, and the performance of the prepared electrocatalysts and supports was also correlated to the specific surface area, electrochemically active surface area (EASA) and electrical conductivity.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Chemistry
Department: College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor: Chanbasha, Basheer
Committee Members: Alhooshani, Khalid and Al-Muallem, Hassan and Siddiqui, Mohammad
Depositing User: KHALED ALAQAD (g201310930)
Date Deposited: 06 Mar 2022 08:31
Last Modified: 06 Mar 2022 08:31
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142072