MODULATING Cu BASED CATALYST FOR CO2 ELECTROCHEMICAL CONVERSION TO C2+ PRODUCTS INTEGRATED WITH INSITU CHARACTERIZATIONS AND DFT SIMULATION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Thesis) thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 23 May 2026. Download (7MB)

Arabic Abstract

يوضح هذا العمل التخليق القابل للتعديل للبلورات النانوية النحاسية من أجل االختزال الكهروكيميائي االنتقائي لثاني أكسيد الكربون (RR₂CO (في خلية .H تم تصنيع وتقييم بلورات نانوية نحاسية ذات أشكال مميزة، حيث تم اإلبالغ ألول مرة عن البلورات النانوية ذات الشكل "تدفق الدم (BF" (ذات الواجهات({100}) ، باإلضافة إلى األشكال الكروية (SP (ذات الواجهات ({111})، والثالثية (TR (ذات الواجهات )}100 .({111} & {حققت البلورات النانوية BF كفاءة فاراديّة بلغت حوالي %60 إلنتاج اإليثيلين عند تيار ⁻²90−cm mA ، بينما أظهرت البلورات النانوية TR و SP كفاءة فاراديّة بلغت %85 إلنتاج الفورمات عند 39− ⁻²cm mA و%78 إلنتاج أول أكسيد الكربون عند ⁻²35−cm mA ، على التوالي. كشفت قياسات رامان أثناء التشغيل عن الوسطاء المحتملين لمسارات تكوين المنتجات 1C و 2.Cكما أوضحت محاكاة نظرية دالة الكثافة (DFT (الحواجز الطاقية، مما يبرز الدور الحاسم لشكل البلورات النانوية في أداء .RR₂CO توضح هذه الدراسة كيف يمكن االستفادة من التحكم الدقيق في شكل الطور البلوري للبلورات النانوية النحاسية لتحقيق انتقائية عالية لمنتجات RR₂CO محددة، مما يتيح مسا ًرا لتصميم الحفازات بشكل عقالني دون الحاجة إلى تعديالت معقدة أو إضافات.

English Abstract

This work demonstrates the tunable synthesis of copper nanocrystals for the facet-selective electroreduction of CO₂ (CO₂RR) in an H-cell. Cu nanocrystals with distinct morphologies, termed respectively as blood-flow (BF) ({100} facets) first time reported, spherical (SP) ({111} facets), and trigonal (TR) ({100} & {111} facets) were synthesized and evaluated. BF nanocrystals achieved ~60% Faradaic efficiency for ethylene at −90 mA cm⁻², while TR and SP nanocrystals exhibited 85% Faradaic efficiency for formate at −39 mA cm⁻² and 78% for CO at −35 mA cm⁻², respectively. Operando Raman spectroscopy revealed the potential intermediate for different pathway of C1 and C2 products. Density functional theory (DFT) simulations illustrated energy barriers, highlighting the critical role of nanocrystal morphology in CO₂RR performance. This study demonstrates how precise control over Cu nanocrystal morphology and crystal phases can be harnessed to achieve high selectivity for specific CO₂RR products, offering a pathway to rational catalyst design without the need for complex modifications or additives.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Ganiyu, Saheed
Committee Members:	Kandiel, Tarek and Abdulazeez, Ismail
Depositing User:	ESRAA KOTOB (g202214520)
Date Deposited:	25 May 2025 07:50
Last Modified:	27 May 2025 04:48
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143447