SPUTTER COATED SILVER-ZINC ALLOYED THIN FILM CATALYSTS FOR ELECTROCHEMICAL CO2 REDUCTION

SPUTTER COATED SILVER-ZINC ALLOYED THIN FILM CATALYSTS FOR ELECTROCHEMICAL CO2 REDUCTION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
MS Thesis - Arshad Farid Muhammad Hanif - MatSc. & Engg. Dept. - May 2025 - May 29, 2025..pdf
Restricted to Repository staff only until 15 June 2026.

Download (7MB)

Arabic Abstract

يُمثل الاختزال الكهربائي التحفيزي لثاني أكسيد الكربون إلى منتجات عالية القيمة مثل أول أكسيد الكربون استراتيجيةً فعّالة لتحقيق الحياد الكربوني. في حين أظهرت محفزات الفضة والزنك نشاطًا عاليًا في الاختزال الكهربائي الانتقائي لثاني أكسيد الكربون، إلا أن استقرارها المحدود في الظروف الكهروكيميائية يُعيق التطبيقات واسعة النطاق. وللتغلب على هذا التحدي، أُدمج الذهب والبيزمث في الفضة والزنك لتطوير محفز ثلاثي Au@Ag-Zn وBi@Ag-Zn. أكدت النتائج التجريبية أن إضافة كمية صغيرة من الذهب والبيزمث عززت بشكل كبير استقرار المحفز وكفاءته في إنتاج اول أكسيد الكربون. من بين المحفزات المُصنّعة، أظهرت نسبة 5.7% وزناً من الذهب و7.64% وزناً من البزموث على سطح محفز Ag-Zn أعلى كفاءة فارادية لثاني أكسيد الكربون، حيث بلغت 94.2% و93.5% على التوالي عند -1 فولت، مقارنةً بـ RHE بكثافة تيار -20.26 مللي أمبير/سم² و-63.5 مللي أمبير/سم² على التوالي في خلية من النوع H في الظروف المحيطة. بالإضافة إلى ذلك، أظهر محفز Ag-Zn المُزخرف بالذهب متانة ممتازة لأكثر من 12 ساعة، أي أعلى بـ 2.4 مرة من محفز Ag-Zn وحده. يزيد دمج الذهب والبزموث على سطح Ag-Zn من كراهية المحفز للماء، مما يساعد على منع قيود نقل كتلة ثاني أكسيد الكربون مع الحفاظ على البنية الشجيرية الجوهرية لـلسبيكة المكونة من الفضة والزنك ، مما يعزز نشاط المحفز ومتانته أثناء اختزال ثاني أكسيد الكربون.

English Abstract

The electrocatalytic reduction of CO₂ (ECO2RR) into high-value products like CO presents a viable strategy for achieving carbon neutrality. While Ag-Zn catalysts have demonstrated high activity for CO-selective electroreduction, their limited stability under electrochemical conditions hinders large-scale applications. To overcome this challenge, Au and Bi was incorporated into Ag-Zn to develop an Au@Ag-Zn and Bi@Ag-Zn ternary catalyst. Experimental results confirmed that introducing a small amount of Au and Bi significantly enhanced both the catalyst's stability and its CO production efficiency. Among the fabricated catalysts, 5.7 weight percent of Au and 7.64 weight percent of Bi at Ag-Zn catalyst surface showed the highest CO faradic efficiency 94.2% and 93.5% respectively at -1V vs. RHE with the current density -20.26 mAcm-2 and -63.5 mA cm-2 respectively in H-type cell at ambient conditions. Additionally, the Au-decorated Ag-Zn catalyst demonstrated excellent durability of over 12 hours, 2.4 times higher than the Ag-Zn catalyst alone. The incorporation of Au and Bi on the Ag-Zn surface increases the catalyst’s hydrophobicity, helping to prevent CO₂ mass transport limitations while preserving the intrinsic Ag-Zn dendritic structure, thereby enhancing catalyst activity and durability during CO₂ reduction.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Chemistry
Environmental
Chemical Engineering
Department: College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Committee Advisor: Drmosh, Dr. Qasem Ahmed
Committee Members: Q. Al-Sayoud, Dr. Abduljabar and Mohsen, Dr. Abdo Hezam Abdullah
Depositing User: ARSHAD FARID (g202215900)
Date Deposited: 15 Jun 2025 10:16
Last Modified: 15 Jun 2025 10:16
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143530