بهينه‌سازي تركيب نانو ساختار كربني به عنوان زير لايه در رشد الكتروكاتاليست‌هاي كبالت

Optimizing Carbonaceous Nanostructure Composition as a Substrate to Grow Co Electrocatalysts

گرم شدن كره زمين و ديگر اثرات زيست محيطي نامطلوب ناشي از سوخت‌هاي فسيلي، جوامع بشري را به استفاده از انرژي‌هاي پاك و تجديد پذير سوق داده است. در اين حوزه، توليد هيدروژن از واكنش تجزيه آب رويكرد كليدي به شمار مي‌رود. به منظور كاهش پتانسيل اضافي مورد نياز براي واكنش اكسيداسيون آب بايد از نانوساختارهاي الكتروكاتاليست‌ ارزان‌ قيمت مانندCo, Cu, Fe, Mn, Zn و Ni استفاده كرد. در اين پژوهش از الكتروكاتاليست كبالت رشد يافته بر بستر‌ توري استيل استفاده شده است و براي سهولت در لايه ‌نشاني، روش الكتروشيميايي مورد استفاده قرار گرفته است، زيرا اين روش با توجه به سادگي مي‌تواند در مقياس تجاري نيز مفيد باشد. طبيعتاً شرايط زير لايه نيز نقش مهمي را در بازده الكتروكاتاليست دارد، بنابراين استفاده از پوشش‌هاي نانوساختار كربني به صورت تركيبي از اكسيد گرافن و نانولوله‌هاي كربني، به منظور كاهش پتانسيل اضافي و افزايش بازده الكتروكاتاليست استفاده شد. طبق نتايج به دست آمده، 40 درصد وزني از اكسيد گرافن و 60 درصد وزني از نانولوله كربني در خمير كربني تهيه شده منجر به رشد بهتر نانوورقه‌هاي اكسيد كبالت خواهد شد. در لايه مورد نظر، كبالت در فاز بلوري فلزي مشاهده شده و پتانسيل اضافي و مقاومت الكتريكي به ترتيب mV 305 و Ω 20 اندازه‌گيري شده است

Global warming and other adverse environmental effects of fossil fuels have forced humans to consider clean and renewable energy resources. In this context, hydrogen production from water splitting reaction is a key approach. In order to reduce required overpotential for water oxidation reaction, it is necessary to use low cost and earth abundant electrocatalysts like Co, Cu, Fe, Mn, Ni and Zn nanostructures. Herein, cobalt nanostructures on steel-mesh substrate were applied. Electrochemical method was used for growth of Co nanoflakes because of its simplicity and scalability for commercial approach. On the other hand, using carbonaceous support layers including nanomaterials such as graphene and carbon nanotubes, can reduce overpotential and increase efficiency of the electrocatalyst. According to the results, 40 wt% of graphene oxide and 60 wt% of carbon nanotubes in prepared carbon paste led to better growth for cobalt oxide nanoflakes. For the mentioned layer, cobalt was detected in metallic crystalline phase and the overpotential and electrical resistance measured 305 mV and 20 Ω, respectively.