Suyun elektrolizinde kullanılmak üzere geçiş metali dikalgojenitlerinin kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle sentezlenmesi
Chemical vapor deposition synthesis of transition metal dichalcogenides for water electrolysis
Yazar: SİMGE GÜRIŞIK
Danışman: DOÇ. DR. CİHAN KURU
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Elektroliz = Electrolysis ; Hidrojen = Hydrogen ; Katalizörler = Catalysts ; Katkılama yöntemleri = Doping method ; Kimyasal buhar çöktürme = Chemical vapor deposition ; Molibden = Molybdenum

Özet:
Endüstri devriminden bu yana atmosferdeki karbon dioksit seviyesinin önemli bir artış göstermesi küresel ısınmaya ve hızlı iklim değişikliklerine yol açmaktadır. Bunun yanı sıra, hızlı nüfüs artışı ve fosil yakıtların giderek tükenmesi alternatif enerji kaynaklarına yönelimi zorunlu hale getirmiştir. Hidrojen, fosil yakıtlara alternatif, temiz bir enerji taşıyıcısıdır. Hidrojen, yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak suyun elektrolizi ile üretilebilir. Suyun elektrolizini daha verimli hale getirmek için katalizörler kullanılır. Hidrojen oluşum reaksiyonu için bilenen en iyi katalizör platindir. Ancak, kısıtlı rezervleri ve yüksek maliyetinden dolayı platinin geniş ölçekli kullanımı mümkün görünmemektedir. Bu bağlamda, hidrojen üretim maliyetini azaltmak amacıyla yeryüzünde bolca bulunan elementlerden oluşan ve düşük maliyetli katalizör malzemelerin geliştirilmesi gerekmektedir. Son yıllarda ortaya çıkan geçiş metali dikalgojenitleri hidrojen oluşum reaksiyonunda umut vadeden katalitik özellikler göstermektedir. Ancak, bazal yüzeylerinin aktif olmaması ve kötü elektriksel iletkenlikleri katalitik performanslarını düşürmektedir. Bu tezde, MoSe2 değişen atomik oranlarda Ni ile katkılanmış ve katkılamanın hidrojen oluşum reaksiyonu performansına etkisi araştırılmıştır. Ni katklı MoSe2 filmleri magnetron sıçratma yöntemiyle biriktirilen Ni-Mo alaşım filmlerinin termal selenürleme reaksiyonuna tabi tutulmasıyla elde edilmiştir. Elektrokimyasal ölçüm sonuçları genel olarak katkı atomlarının aşırı potansiyeli ve Tafel eğimini düşürerek MoSe2'nin katalitik aktivitesini arttırdığını göstermektedir. Ayrıca, selenürleme işleminde taşıyıcı gaz olarak azotla birlikte hidrojen kullanılarak hidrojenin oksitlenmeyi engellemedeki etkinliği incelenmiştir. Çeşitli fizikokimyasal karakterizasyon sonuçları hidrojenin oksit oluşumunu azalttığını veya tamamen engellediğini ortaya koymuştur. Bu etkinin 800 oC'de gerçekleştirilen selenürleme işleminde daha belirgin olduğu ortaya çıkarılmıştır.

Abstract:
Significant raise of carbon dioxide level in the atmosphere since the beginning of the industrial revolution has led to global warming and consequently rapid climate changes. In addition to that, rapid increase of the world polulation as well as the depletion of fossil fuels necessitate the transition to renewable energy sources. Hydrogen, an alternative to fossil fuels, is a clean energy carrier. Hydrogen can be produced by water electrolysis using renewable energy sources. Catalysts are employed to make the electrolysis process more efficient. Platinum is the best known catalyst for hydrogen evolution reaction. However, large scale use of platinum seems impossible due to its low abundancy and high cost. Recently, transition metal dichalcogenides has emerged as promising catalysts for hydrogen evolution reaction. Yet, their inactive basal plane and poor electrical conductivity hinder their catalytic performance. In this thesis, the effect of varying amount of Ni doping on the hydrogen evolution reaction performance of MoSe2 was investigated. Ni doped MoSe2 films were prepared by the thermal selenization of the sputter deposited Ni-Mo alloy films. Electrochemical measurements indicate that Ni doping enhances the catalytic activity of the MoSe2 by lowering the overpotential and Tafel slope. Furthermore, oxidation inhibitor role of hydrogen in the selenization reaction was studied by using nitrogen/hydrogen gas mixture as the carrier gas. Various physicochemical characterization results show that hydrogen decreases or completely prevents the oxide formation. This effect has been found to be more prominent at 800 oC selenization.