Destek materyalsiz polipirol elektrot hazırlanması ve kullanımı
The prepari̇ton and use of non-supported polypyrolle electrodes
Yazar: DOĞAN ÇİRMİ
Danışman: DOÇ. DR. REZAN AYDIN
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez kapsamında, kimyasal sentez yöntemiyle FeCl3 ve I2 ortamında polipirol çökelti halinde elde edilmiş ve kalıplara dökülerek destek materyali içermeyen polipirol elektrotlar hazırlanmıştır. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) kullanılarak elektrotların karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Destek materyali içermeyen polipirol elektrotun 0,1 M H2SO4 içersinde temel diyagramı alınarak elektrokimyasal olarak aktif olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, hazırlanan polipirol elektrotun hidrojen çıkış ve CO2 indirgenme reaksiyonlarındaki elektrokatalizör özelliği incelenmiştir. 
Destek materyalsiz polipirol elektrotun indirgenme reaksiyonları üzerindeki katalitik etkisinin belirlenmesinde dönüşümlü voltametri ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi yöntemleri [EIS] kullanılmış ve reaksiyon mekanizmalarının aydınlatılması için yarı logaritmik polarizasyon eğrileri incelenmiştir. Elde edilen veriler değerlendirildiğinde, polipirol elektrot üzerinde gerçekleşen hidrojen çıkış reaksiyonun hız belirleyici basamağının volmer tepkimesi olduğu ve karbondioksit indirgenme reaksiyonun hidrojenasyon üzerinden yürüdüğü belirlenmiştir.
Karbondioksitin elektrokimyasal indirgenmesi sonucu oluşabilecek ürünlerin belirlebilmesi için CO2 ile doyurulmuş MeOH / 0,1 M LiClO4 / X mM H2SO4 (X; 5 mM, 15 mM, 30 mM, 45 mM) elektrolit ortamında elektrolizler gerçekleştirilmiştir. Farklı potansiyel (-0,45 V, -0,50 V, -0,55 V, -0,60 V, -0,65 V, -0,70 V) ve zamanlarda (30 dk, 45 dk, 60 dk, 90 dk, 120 dk) gerçekleştirilen elektrolizler sonucunda ürün olarak formik asit elde edilmiş ve elektroliz koşullarına bağlı olarak oluşan ürün miktarının değiştiği gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, destek materyalisiz polipirol elektrotun hidrojen çıkış ve CO2 indirgenme reaksiyonları için aktif bir elektrokatalizör olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Polipirol, Hidrojen çıkış reaksiyonu, CO2 indirgenme reaksiyonu, Elektrokatalizör, Dönüşümlü Voltametri, Polarizasyon Eğrileri, Elektrokimyasal İmpedans Spektroskopisi

Abstract:
In this study, polypyrrole was precipitated in the presence of FeCl3 and I2 by direct chemical synthesis method and non-supported polypyrrole electrode was prepared by pouring of the obtained polypyrrole into molds. The characterization of the electrode was analyzed using Scanning Electron Microscope (SEM) and Fouirer Transform Infrared Spectroscopy. The electrochemical activity of non-supported polypyrrole electrode was confirmed by taking the basic diagram in 0.1 M H2SO4. Morover, the electrocatalyst property of prepared non-supported polypyrrole electrode was investigated for hydrogen evolution reaction and reduction of CO2 reaction.
The catalytic effect of non-supported polypyrrole electrode on reduction reactions was determined using cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy and Tafel polarization curves were evaluated to clarify the mechanisms of reduction reaction. When the obtained data were evaluated, it was determined that the hydrogen evolution reaction was compatible with the Volmer-Heyrovsky mechanism on the polypyrrole electrode and that the carbon dioxide reduction reaction proceeded via hydrogenation.
For the determination of products which could be formed at the end of the electrochemical reduction of carbon dioxide, electrolysis experiments were carried out in MeOH / 0.1 M LiClO4 / X mM H2SO4 (X; 5 mM, 15 mM, 30 mM, 45 mM) which saturated with CO2. As a result of the experiments which were carried out at different operating potential ranging from -0.45 to -0.7 V and ranging from 30 to 120 minute, formic acid was determined as the main product. In consequence of the obtained data, the non-supported polypyrrole electrode can be used as an electroactive catalyst for hydrogen evolution reaction and reduction of CO2 reaction.

Keywords: Polypyrrole, Hydrogen Evolution Reaction, reduction of CO2 reaction, cyclic voltammetric, Electrocatalyst, Polarization curves, Electrochemical İmpedance Spectroscopy