Mxene-Metal Oxide Nanocomposites for Enhancing CO2 Electrochemical Reduction to Valuable Products. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MSc Thesis -1.pdf Restricted to Repository staff only until 22 September 2024. Download (3MB)

Arabic Abstract

تقدم هذه الدراسة استخدام مادة نانومركبة جديدة تتكون من جسيمات نانوية من المعدن وأكسيد الـ إم إكسين (عصيات نانوية من أكسيد الزنك وشرائح نانوية من أكسيد النحاس) لتحويل ثاني أكسيد الكربون (CO2) عبر تقنية كهروكيميائية، والتي ثبتت كونها وسيلة استراتيجية للحصول على مواد خام قيمة للحد من القلق العالمي حيال زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون بشكل متسارع في الغلاف الجوي والذي يضر بصحة الإنسان والظروف الجوية/المناخية بطريقة أقتصاديّة أكثر جدوى. تم تحضير جسيمات أكسيد المعادن والإم إكسين ونانومركبات الإم إكسين-أكسيد المعادن بواسطة المعالجة الحرارية، والمعالجة الحرارية بالماء، وطرق التشريب الرطب على التوالي. تم استخدام تقنيات التوصيف باستخدام أشعة الإكس-راي (XRD) وطيف الانبعاث والتشتت الإلكتروني (EDS) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) والمجهر الإلكتروني ذو الانتقال الناقل (TEM) والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) لتأكيد المواد. تم استخدام تقنيات الفولتامبيرية ذات التمرير الخطي والفولتامبيرية الدورية والكولومترية بالتحكم في الجهد لتقييم الأداء الكهروكيميائي للنانومركبات، في حين تم اكتشاف وكمية المنتجات الغازية باستخدام الكروماتوغرافيا الغازية. أظهرت النانومركبة ZnO90–MX10 انتقائية عالية في إنتاج ثنائي الميثان (CH4) 79.3% بنسبة من الكفاءة الكهروكيميائية وجهد تطبيق منخفض قدره -0.56 VRHE، مع قمع تطور الهيدروجين بشكل كبير. أما النانومركبة CuO70–MX30 فأظهرت انتقائية أعلى نحو الفورمات. قد يكون النشاط الكهروكيميائي المحسن مرتبطًا بتأثير تعاوني بناء بين مكونات الإم إكسين وأكسيد الزنك/أكسيد النحاس، مما يعزز نقل الشحنة بكفاءة وزيادة المواقع النشطة والمساحة السطحية العالية لتحويل ثاني أكسيد الكربون. بشكل عام، تقدم هذه الدراسة نهجًا قابلاً للتطبيق في تحويل ثاني أكسيد الكربون كهروكيميائيًا باستخدام نانومركبات الإم إكسين-أكسيد المعادن، مما يمكن أن يكون له آثار هامة في إنتاج مواد خام قيمة بشكل مستدام

English Abstract

This study reports the use of a novel nanocomposite material composed of MXene-metal oxide nanoparticles (ZnO nanorods and CuO nanoflakes) for CO2 reduction via electrochemical technique which have proved to be a strategic way to obtain valuable feedstocks to curtail the global concern of skyrocketing concentration rise of CO2 in the atmosphere which is detrimental to human health and weather/climate conditions in a more economically viable way. Metal oxide nanoparticles, MXene and MXene-Metal oxide nanocomposites were synthesized via a thermal treatment, hydrothermal and wet impregnation methods respectively. XRD, EDS, SEM, TEM, and FTIR characterization techniques were utilized to confirm the materials. Linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry and controlled potential coulometry were used to evaluate the electrochemical performance of the nanocomposites, while the gaseous products were detected and quantified using gas chromatography. The ZnO90–MX10 nanocomposite showed a high selectivity towards the production of CH4 at 79.3% FE and low applied potential of -0.56 VRHE, while suppressing H2 evolution greatly. The CuO70–MX30 showed more selectivity towards formate. This improved electrochemical activity may be linked to a constructive cooperative effect between the MXene and ZnO/CuO components, which promotes efficient charge transfer, increased active sites and high surface area for CO2 reduction. Overall, this study presents a viable approach for CO2RR electrochemically using MXene-Metal oxide nanocomposites which could have significant implications to produce valuable feedstocks sustainably.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Chemical Engineering Research
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Adewale, Ganiyu
Committee Members:	Albetar, Abdulrahman and Almaz, Jalilov
Depositing User:	ABDULLAHI ABDULHAKAM (g202110190)
Date Deposited:	08 Oct 2023 12:30
Last Modified:	08 Oct 2023 12:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142498