Elektrokatalitik hidrojen üretiminde g-C3N4/NiFe2O4/Ni nanokompozit  yapısının aktifliğinin incelenmesi
Investigation of the activity of g-C3N4/NiFe2O4/Ni nanocomposite structure in electrocatalytic hydrogen production
Yazar: PELİN BOZKURT
Danışman: PROF. DR. DİDEM BALUN KAYAN
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Alternatif bir enerji kaynağı olarak sudan hidrojen üretimi temiz bir enerji kaynağı
olarak kabul edilmektedir. Suyun elektrolizi ile hidrojen üretimi yoğun olarak
çalışılan bir araştırma konusudur. Literatürde bu konuda birçok çalışma olmasına
rağmen; aktif, kararlı ve ekonomik elektrokatalizörlerin geliştirilmesi için yoğun
araştırmalar devam etmektedir.
Bu çalışmada, hidrojen üretimi ile ilgili önceki çalışmalar göz önünde
bulundurularak, suyun elektrolizinden hidrojen elde etmek için elektroliz sisteminde
gerekli olan aşırı potansiyeli azaltarak hidrojen oluşumunda katalitik aktivitesi
yüksek, ekonomik ve kararlı yeni bir elektrokatalizör geliştirilmesi amaçlanmaktadır.
Bu nedenle, uygun maliyetli ve katalitik bir aktif malzeme olarak grafit karbon nitrür
(g-C 3 N 4 )/nikel ferrit (NiFe 2 O 4 )/Ni nanokompozit yapısı ile modifiye edilmiş kalem
grafit elektrot geliştirilmiştir. Böylece yüzey alanı yüksek, sentezlenmesi kolay ve
yüzeyinde çok sayıda fonksiyonel grup bulunan bir elektrot hazırlanması
sağlanmıştır.
İlk olarak, g-C 3 N 4 /NiFe 2 O 4 kompozit yapısının katalitik aktivitesi, döngüsel
voltametri (CV), Tafel polarizasyon eğrileri ve elektrokimyasal impedans
spektroskopisi (EIS) gibi çeşitli elektrokimyasal yöntemlerle hidrojen oluşum
reaksiyonu için incelenmiştir. Daha sonra Ni nanoparçacıkları ile modifiye edilen
yüzey, aynı elektrokimyasal yöntemlerle test edilmiş, hazırlanan elektrokatalizörün
performansı değerlendirilmiştir. Ayrıca kronoamperometri yöntemiyle stabilite
çalışmaları gerçekleştirilmiş ve tüm yüzeylerin yapısal özellikleri taramalı elektron
mikroskobu ve enerji dağılımlı X-Ray spektroskopisi tekniği ile incelenmiştir.

Abstract:
Hydrogen production from water as an alternative energy source is considered a
clean energy resource. Hydrogen generation by the electrolysis of water is an
intensely studied research topic. Although there are many studies in the literature on
this subject; intensive research is still being carried out for the development of active,
stable and economical electrocatalysts.
In this study, considering previous studies on hydrogen production from water
electrolysis, it is aimed to develop a new, economical and stable electrocatalyst with
high catalytic activity in order to increase the hydrogen gas evolution reaction by
reducing the required overpotential in the electrolysis system. Therefore, a pencil
graphite electrode modified with graphitic carbon nitride (g-C 3 N 4 )/nickel ferrite
(NiFe 2 O 4 )/Ni nanocomposite structure as a cost-effective and catalytic active
material. Thus, an electrode with a high surface area, easy to synthesize, and a large
number of functional groups on the surface was prepared.
First, the catalytic activity of the g-C 3 N 4 /NiFe 2 O 4 composite structure were
investigated for the hydrogen evolution reaction by various electrochemical methods
such as cyclic voltammetry (CV), Tafel polarization curves and electrochemical
impedance spectroscopy (EIS). Then the surface modified by Ni nanoparticles and
performance of the as-prepared electrocatalyst tested by the same electrochemical
methods. Further, the stability studies were performed by chronoamperometry and
the structural properties of the all surfaces were investigated by scanning electron
microscopy and energy dispersive X-Ray spectroscopy technique.