Synthesis and Characterization of Doped Cobalt-based Electrocatalyst for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Master's Thesis) MS thesis - Roua Alzoubi.pdf Restricted to Repository staff only until 4 June 2027. Download (1MB)

Arabic Abstract

إن الزيادة المستمرة في الطلب العالمي على الطاقة النظيفة والمستدامة قد عززت الاهتمام بالهيدروجين بوصفه ناقلًا واعدًا للطاقة. وتُعد عملية التحليل الكهربائي للماء من أكثر الطرق استدامة لإنتاج الهيدروجين الأخضر، إلا أن كفاءتها ما تزال محدودة بسبب بطء حركية تفاعلي تطور الهيدروجين (HER) وتطور الأكسجين (OER)، بالإضافة إلى ارتفاع تكلفة وندرة المحفزات المعتمدة على المعادن النبيلة. ستركز هذه الرسالة على تطوير محفزات كهروكيميائية منخفضة التكلفة وعالية الكفاءة قائمة على الكوبالت لاستخدامها في عملية شطر الماء في الوسط القلوي. في هذا العمل، سيتم تحضير محفز أكسيدي ثلاثي (Co3O4–ZrO₂–SrO) باستخدام طريقة الترسيب المشترك متبوعة بعملية التكليس، ومن ثم تثبيته على دعامة من رغوة النيكل لتكوين قطب كهروكيميائي فعّال. كما سيتم توصيف الخصائص التركيبية والمورفولوجية والكيميائية للمواد المحضّرة باستخدام تقنيات حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، وتحليل الأشعة السينية للإلكترونات الضوئية (XPS). بالإضافة إلى ذلك، سيقوم هذا البحث بتقييم الأداء الكهروكيميائي للمحفزات المطوّرة تجاه تفاعلي HER وOER باستخدام تقنيات مثل الفولتمترية الخطية (LSV)، والتحليل الطيفي للمعاوقة الكهروكيميائية (EIS)، واختبارات الثبات طويل الأمد في وسط قلوي. كما سيتم دراسة تأثير إدخال عنصري الزركونيوم والسترونشيوم على النشاط التحفيزي، وسلوك انتقال الشحنة، والاستقرار. وستسهم نتائج هذه الرسالة في تعميق الفهم للعلاقة بين البنية والنشاط في محفزات الكوبالت، كما ستقدم إستراتيجية قابلة للتطبيق لتصميم أقطاب كهروكيميائية منخفضة التكلفة وفعّالة لإنتاج الهيدروجين المستدام.

English Abstract

The rising need for environmentally friendly and renewable energy sources has driven. This need has created considerable interest in hydrogen because it serves as a clean fuel with high energy capabilities. Electrochemical water splitting stands out as one of the best methods to produce green hydrogen through its various available production technologies. The method faces practical challenges because its hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) both progress at low speeds. The system needs specialized noble-metal catalysts which come at high costs and have restricted availability. This thesis aims to develop affordable, high-performance, and stable cobalt-based electrocatalysts for alkaline water splitting. The ternary oxide system will use a co-precipitation process to prepare cobalt zirconium strontium oxides (Co3O4-ZrO2-SrO) which will be thermally processed and then attached to nickel foam to create a self-supporting electrode. The researchers will analyze the synthesized materials using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to determine their crystal structure and surface morphology and chemical composition. The study will test the electrocatalytic performance of the engineered materials through their performance in both HER and OER in alkaline electrolytes. Researchers will focus their investigation on how zirconium and strontium impact the catalyst's ability to transfer charges between its surface and internal components and its overall performance. The outcomes of this study are expected to deepen insight into the relationship between catalyst structure and electrochemical performance in cobalt-based systems, while also offering a practical and scalable pathway for the development of economical electrode materials for sustainable hydrogen generation.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Thesis Advisor:	Mohammad Siddiqui,
Thesis Committee Members:	Abdulaziz Saadi, Tawfik Awadh,
Depositing User:	ROA'A ALZOUBI
Date Deposited:	04 Jun 2026 08:56
Last Modified:	04 Jun 2026 08:56
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144491