Bingöl poleni ve ceviz yaprağının bakır yüzeyinde kendi kendine biriken tek tabakalı filmlerinin oluşturulması: Elektroliz ve yakıt pili uygulamaları
Formation of self-assembled monolayer films of Bingöl pollen and walnut leaf on copper surface of: Electrolysis and fuel cell applications
Yazar: YEŞİM AYDIN DURSUN
Danışman: PROF. DR. RAMAZAN SOLMAZ
Bingöl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry
Dizin: Elektrokimya = Electrochemistry ; Elektroliz = Electrolysis ; Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada, Bingöl'de toplanan ceviz yaprağı (CY)  ve Bingöl poleninin (BP) Cu üzerinde kendi kendine biriken tek tabakalı ince filmleri oluşturulmuştur (Cu/CY-SAM ve Cu/BP-SAM). Filmlerin hazırlanmasında CY-SAM filmi için çözücü olarak metanol kullanılırken, BP-SAM filminin hazırlanmasında çözücü olarak su kullanılmıştır. İyice temizlenmiş Cu örnekler 24 saat 1000 ppm CY içeren metanollü ve 24 saat 1000 ppm polen içeren sulu çözeltilere ayrı ayrı daldırılarak metal yüzeyinde CY-SAM ve CY-BP-SAM filmler oluşturulmuştur. Elektroliz sisteminde hidrojen gazı oluşumu ve doğrudan metanollü yakıt pillerinde methanol elektrooksidasyonu reaksiyonlarına katalitik etkilerini daha da arttırmak için SAM filmlerin yüzeyine elektrokimyasal olarak çok az miktarda Ni çöktürülmüştür (Cu/CY-SAM/Ni ve Cu/BP-SAM/Ni). Bu şekilde hidrojen üretim reaksiyonundaki katalitik etkisi arttırıldı. Metanol elektrooksidasyonu daha düşük potansiyellerde başladı ve reaksiyon hızında artış görüldü. Modifiye edilen elektrot yüzeyleri taramalı elektron mikroskopu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX), atomik kuvvet mikroskopu (AFM) ve temas açısı (CA) teknikleri ile karakterize edilmiştir. Cu/CY-SAM, Cu/CY-SAM /Ni ve Cu/BP-SAM ve Cu/BP-SAM/Ni elektrotlarelektroliz sisteminde 6 M KOH çözeltisinde hidrojen üretimi için katot, doğrudan metanollü yakıt pili uygulamaları için 1 M CH3OH içeren 0,1 M KOH çözeltisinde anot olarak kullanılmıştır. Elde edilen bulgular, CY-SAM ve BP-SAM filmlerin Cu yüzeyine oldukça iyi ve homojen dağılımlı olarak tuıtunduğunu göstermiştir. Her iki film yüzeyine çöktürülen Ni yüzeyin tamamına ve oldukça homojen bir şekilde dağılmıştır. Hem organik film hem de metal-modifiye edilmiş elektrotlar çalışılan ortamda kararlı bir davranış göstermiştir. Cu yüzeyinin SAM filmleri ile modifiye edilmesi elektrokimyasal hidrojen gazı üretimini ve metanol elektrooksidasyonun performansını arttırmıştır. SAM filmleirn çok az miktarda Ni ile modifiye edilmesi, elektrotların katalitik performanslarını daha da arttırmıştır. Elde edilen bulgulardan, CY-SAM ve BP-SAM ince filmlerin elektrokatalitik malzeme üretimi için için oldukça uygun oldukları ve gelecek için umut vadedici altlıklar olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In this study, self-assembled monolayer thin films of walnut leaves (CY) and Bingöl pollen (BP) collected in Bingöl were formed on Cu (Cu/CY-SAM and Cu/BP-SAM). Methanol was used as the solvent for the preparation of the CY-SAM film, while water was used as the solvent for the preparation of the BP-SAM film. Cleaned Cu samples were immersed separately in 1000 ppm CY-containing methanol and 1000 ppm pollen-containing aqueous solutions for 24 hours to create CY-SAM and CY-BP-SAM films on the metal surface. In order to enhance their catalytic effects on hydrogen gas production in the electrolysis system and methanol electrooxidation reactions in direct methanol fuel cells, a very small amount of Ni was electrochemically deposited on the surface of SAM films (Cu/CY-SAM/Ni and Cu/BP-SAM/Ni). This increased their catalytic effect in the hydrogen production reaction. Methanol electrooxidation started at lower potentials, and an increase in reaction rate was observed. The modified electrode surfaces were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), atomic force microscopy (AFM), and contact angle (CA) techniques. Cu/CY-SAM, Cu/CY-SAM/Ni, Cu/BP-SAM, and Cu/BP-SAM/Ni electrodes were used as cathodes for hydrogen production in a 6 M KOH solution and as anodes for direct methanol fuel cell applications in a 0.1 M KOH solution containing 1 M CH3OH. The results obtained showed that CY-SAM and BP-SAM films adhered to the Cu surface very well and homogeneously. The Ni deposited on both film surfaces covered the entire surface and was distributed quite evenly. Both the organic film and the metal-modified electrodes exhibited stable behavior under the studied conditions. Modification of the Cu surface with SAM films enhanced electrochemical hydrogen gas production and methanol electrooxidation performance. Modifying SAM films with a small amount of Ni further improved the catalytic performance of the electrodes. From the obtained findings, it has been demonstrated that CY-SAM and BP-SAM thin films are highly suitable for electrocatalytic material production and hold promise as substrates for future applications.