Synthesis and Characterization of Graphene with Metal Oxide for hydrogen evolution reaction from the wastewater. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS Thesis Draft- Maali A. Alzoubi Final Version .pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 January 2027. Download (6MB)

Arabic Abstract

في هذا العمل البحثي، تم دراسة تحضير وتقييم الأداء التحفيزي للكهرباء لأكسيد التنجستن (WO₃) المركب مع مشتقات الجرافين، وبالتحديد أكسيد الجرافين (GO) والجرافين المختزل (rGO). تم تصنيع المواد باستخدام طريقة هيدروحرارية رطبة وطريقة هامر المعدلة، مع إجراء تحليلات شاملة باستخدام تقنيات SEM و EDX و XRD و FTIR و XPS و رامان للتأكد من التركيب والبنية والكيمياء السطحية للمواد المحضرة. كشفت الدراسات الكهروكيميائية في وسط حمضي أن مركب rGO-WO₃ يحقق أعلى كثافة تيار ) 245 مللي أمبير/سم ² ( وأقل جهد إضافي ) 457 مللي فولت(، ودل تحليل تافل على انخفاض قيمة ميل تافل (90 مللي فولت /dec) مما يشير إلى سرعة كبيرة في حركيات تفاعل إنتاج الهيدروجين. وبالنسبة لمساحة السطح الفعالة، أظهر مركب GO-WO₃ أعلى سعة طبقة مزدوجة ) 931 مللي فاراد/س م ²(، يلي ه rGO-WO₃ و G-WO₃. عند اختبار هذه المحفزات في بيئات مياه الإنتاج الحقيقية والمحاكاة ذات الأس الهيدروجيني المختلف، برز مرك ب GO-WO₃ كأفضل محفز في ظل الظروف القاسية المالحة والقلوية، وذلك بقدرته على الحفاظ على أداء عالي رغم وجود الشوائب ) 20 مللي أمبير/سم ²(. تؤكد النتائج أهمية اختيار نوعية مشتقات الجرافين ل تحسين سلوك WO₃ التحفيزي، وتبرز دور وسط التحليل في تصميم محفزات فعالة لإنتاج الهيدروجين من المياه المعقدة

English Abstract

This thesis has investigated the synthesis and electrocatalytic properties of tungsten trioxide (WO₃) integrated with graphene derivatives, specifically graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO). Materials were synthesized via wet hydrothermal and modified Hummer’s methods, then characterized using SEM-EDX, XRD, FTIR, XPS, and Raman to confirm structure, morphology, and chemical states. Electrochemical studies in acidic media demonstrated that rGO-WO₃ achieves the highest current density (245 mA cm⁻²) and lowest overpotential (457 mV) for hydrogen evolution, supported by its lowest Tafel slope (90 mV dec⁻¹), indicating rapid HER kinetics. Surface area analysis revealed that GO-WO₃ has the greatest double-layer capacitance (931 mF cm⁻²), followed by rGO-WO₃ and G-WO₃. Further evaluation in wastewater i.e. produced water samples, including simulated and field samples with varying pH, showed that GO-WO₃ becomes the most effective catalyst in harsh, alkaline and saline conditions, sustaining high activity (20 mA cm⁻²) despite water impurities. These findings demonstrate the critical role of graphene derivatives in modulating WO₃’s catalytic behavior and highlight the importance of composite selection and electrolyte environment for the development of efficient HER catalysts suitable for real-world hydrogen production applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Environmental Research Research > Petrochemicals
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Thesis Advisor:	Abdulrahman Al-betar,
Thesis Committee Members:	Saheed Ganiyu, Ahmed Yaseri,
Depositing User:	MAALI ALZOUBI
Date Deposited:	06 Jan 2026 11:23
Last Modified:	21 Jun 2026 09:25
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143988