Kobalt aktif karbon katot katalizörünün hazırlanması vekarakterizasyonu
Synthesis and characterization of cobalt active carboncathode catalyst
Yazar: ABDURRAHİM SERTAN ÇAYCI
Danışman: PROF. DR. FATMA ÇİĞDEM GÜLDÜR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Aktif karbon = Activated carbon ; Mezo gözenekli karbon = Mesoporous carbon

Özet:
Yakıt hücreleri, sürdürülebilir enerji üretimi için potansiyel bir alternatif olarak öne
çıkmaktadır. Yakıt hücrelerinin kullanımının yaygınlaşamamasının ana sebeplerinden biri
fiyat olarak yüksek platin bazlı katalizör kullanımıdır. Bu bağlamda, aktif karbonlar ve metal
katkılı aktif karbonlar önemli rol oynamaktadır. Bu tez, kobalt katkılı aktif karbonların yakıt
hücrelerindeki potansiyel uygulamalarını değerlendirmek ve bu materyallerin hazırlık
sürecini, karakterizasyonunu ve elektrokimyasal özelliklerini incelemek amacıyla
yapılmıştır. Tez kapsamında, kobalt klorür hekzahidratın aktif karbon üzerinde
indirgenmesini içeren sentez çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ardından, manyetik özellikler
kazandırmak amacıyla azot atmosferi kullanılmış ve daha sonra farklı sıcaklıklarda (400–
600-800°C) gerçekleşen karbonizasyon-aktivasyon süreci gerçekleştirilmiştir. BrunauerEmmett-Teller (BET) ve Nonlocal density functional theory (NLDFT) yöntemleri
kullanılarak yüzey alanı ve gözenek boyutu dağılımı analizleri yapılmıştır. Fourierdönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), kobalt bağlantılarını tanımlarken, X-ışını
kırınımı (XRD) kobalt oksit nanoparçacıklarının varlığını doğrulamıştır. Oksijen indirgeme
tepkimesi (ORR) için döngülü voltametri (CV) ile elektrokimyasal performans değerlendirilmiştir. Yüzey alanına bakıldığında en yüksek değer 591.462 m2/g ile 800 °C örneğinde gözlemlenmiştir. Oksijen indirgenme tepkimesi sonuçları yükselen sıcaklık ile birlikte değişen ORR aktivitesinin artırışını göstermektedir. Genel bulgular, sentezlenen
kobalt katkılı aktif karbonların mikrobiyal yakıt hücrelerinde potansiyel uygulamalara
yönelik olduğunu ve sıcaklık değişimi ile geliştirilmiş özelliklere sahip olduklarını
göstermektedir.

Abstract:
Fuel cells are emerging as a potential alternative for sustainable energy production. One of
the main reasons for the limited widespread use of fuel cells is the high cost of platinumbased catalysts. In this context, activated carbons and metal-doped activated carbons play an
important role. This thesis aims to evaluate the potential applications of cobalt-doped
activated carbons in fuel cells and to investigate their preparation process, characterization,
and electrochemical properties. The synthesis studies, which include the reduction of cobalt
chloride hexahydrate on activated carbon, were carried out within the scope of the thesis.
Then, to impart magnetic properties, a nitrogen atmosphere was used, followed by a
carbonization-activation process at different temperatures (400–600-800°C). The surface
area and pore size distribution analyses were conducted using Brunauer-Emmett-Teller
(BET) and Nonlocal density functional theory (NLDFT) methods. Fourier-transform
infrared spectroscopy (FTIR) identified cobalt linkages, while X-ray diffraction (XRD)
confirmed the presence of cobalt oxide nanoparticles. The electrochemical performance for
the oxygen reduction reaction (ORR) was evaluated using cyclic voltammetry (CV). The
highest surface area observed was 591.462 m^2/g in the sample treated at 800 °C. The
oxygen reduction reaction results show that ORR activity improves with increasing
temperature. The overall findings suggest that the synthesized cobalt-doped activated
carbons have potential applications in microbial fuel cells and possess improved properties
with temperature changes.