Investigating the influence of imidazole additives on the electrocatalytic performance of Ni- and Fe-based catalysts in water oxidation. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS Thesis_Afnan Alharbi-10-8.pdf Restricted to Repository staff only until 8 October 2026. Download (5MB)

Arabic Abstract

في هذه الدراسة، تم تقييم أثر إضافات الإيميدازول (MeIM وBuIM) وتغطية الكربون المنشط على محفزات FeNiOx المترسبة على أقطاب FTOلأكسدة الماء في وسط قلوي. حيث أظهرت جميع العينات طابعا غير متبلور مع ظهور نماذج نانوية طفيفة في FeNiOx-MeIM مع مسامية عليها، فيما أدت إضافة BuIM إلى تكوين تجمعاتFeNiOx وهياكل كربونية مسامية. وحقق FeNiOx-MeIM@C وFeNiOx-BuIM@C كثافات تيار قصوى بلغت 600و550 mA/cm2 مقابل 500 و400 mA/cm2 للعينات دون إضافة الكربون أما عند 10 mA/cm2 فكانت الطاقة اللازمة 160 و260 mVعلى التوالي، مقابل 280 mV للعينات الأصلية. ارتفع ميل تافل من 63.9 (FeNiOx–MeIm) mv/decd إلى 69 (MeIm@C) mv/decd و133(BuIm@C)، ما يعكس بعض التقييد في الوصول إلى المواقع النشطة بسبب طبقة الكربون. انخفضت المساحة السطحية الكهروكيميائية (ECSA) من 7.98 إلى 6.8 (MeIm@C, MeIm) mF/cm² ومن 14.19 إلى 12.19 mF/cm² (BuIm@C, BuIm) على التوالي. يُظهر محفّز FeNiOx–MeIm@C أقل جهد زائدي 160 mV عند 10 mA cm⁻² ومتانة استثنائية، حيث يحافظ على أكثر من 99 % من نشاطه مع انحراف طفيف على مدى 20 ساعة. وبالتالي، فإن الجمع بين روابط الإيميدازول ودمج الكربون يتحكّم بفعالية في بنية وأداء واستقرار FeNiOx غير المتبلور على المدى الطويل في تفاعل أكسدة الأكسجين في الوسط القلوي.

English Abstract

We report FeNiOx electrocatalysts synthesized via drop-casting onto FTO in the presence of 1-methylimidazole (MeIm) or butylimidazole (BuIm), with or without activated carbon. Films prepared with FeNiOx–MeIm are predominantly amorphous, whereas those with BuIm form FeNiOx clusters and porous carbon networks. XRD confirms mainly amorphous structures for all samples, with minor nanocrystalline features appearing only in FeNiOx–MeIm films. In 1 M KOH, FeNiOx–BuIm achieves 400 mA cm⁻² vs. RHE, with a Tafel slope of 80 mV dec⁻¹ and an ECSA of 14.19 mF cm⁻². In contrast, FeNiOx–MeIm shows the lowest kinetic resistance (Tafel slope 63.9 mV dec⁻¹), delivering 500 mA cm⁻² with an ECSA of 7.98 mF cm⁻². Adding activated carbon boosts current densities to 600 mA cm⁻² (MeIm@C) and 550 mA cm⁻² (BuIm@C) by lowering charge-transfer resistance but reduces ECSA to 6.80 and 12.19 mF cm⁻² and increases Tafel slopes to 69 and 133 mV dec⁻¹, respectively. The FeNiOx–MeIm@C catalyst exhibits the lowest overpotential (160 mV at 10 mA cm⁻²) and exceptional durability, retaining over 99 % of its activity with minimal drift over 20 hours. Thus, the combination of imidazole ligands and carbon integration effectively controls the structure, performance, and long-term stability of amorphous FeNiOx for alkaline OER.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Al-Betar, Abdulrahman
Committee Members:	Chanbasha, Basheer and Kandiel, Tarak
Depositing User:	AFNAN ALHARBI (g202201620)
Date Deposited:	09 Oct 2025 07:44
Last Modified:	09 Oct 2025 07:44
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143717