Synthesis and characterization of novel organometallic-semicondutor nanocomposit photoelectrodes

Abstract

Studies on novel electrochemical catalyst synthesis for efficient oxygen evolution reaction (OER) attract the attention of researchers. In general, changing of synthesis method and the doping metal affect the electrochemical activities of BSCF. In this work, silver doped Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF-Ag) perovskite structure is shown to be a better electrocatalyst for oxygen evolution reaction (OER) due to its lower overpotential and extended durability. BSCF structure was synthesized by the EDTA-citric acid method. Appropriate amount of Ba(NO3)2 and EDTA were dissolved 0.1 M NH4OH solution. Nitrate salts of other metals were dissolved in distilled water, then mixed with prepared Ba(NO3)2 solution. The mixture was stirred at 70 °C until gelation occurred. The gelled samples obtained were baked in a drying oven at 250 °C for 24 h before being calcined at 1000 °C for 12 h. To achieve a current density of 10 mA cm−2, BSCF-Ag has required an overpotential of 0.36 V, which is very low compared to BSCF. To determine the stability of BSCF-Ag, continuous chronopotentiometry tests were carried out for 5 h and at a constant current density of 10 mA cm−2. BSCF-Ag was characterized by XRD, SEM, and XPS. Recent advances in inkjet printing technology for applications relating to heterogeneous catalysis are presented. Catalysts lie at the heart of most chemical reactions where raw materials are converted to value-added products. Therefore, synthesis and immobilization of active catalysts in the reactor are of great importance. Inkjet printing is an additive manufacturing technology introduced recently as a useful method for the fabrication and application of catalysts as a class of functional materials. Inkjet printing provides special features which can be tailored to the design of high-efficient catalytic processes. This thesis presents an overview of the technology along with developments and challenges associated with the combination of inkjet printing and heterogeneous catalysis, such as ink preparation, thin-film properties and real-life applications.

Verimli oksijen evrim reaksiyonu (OER) için yeni elektrokimyasal katalizör sentezi üzerine yapılan çalışmalar, araştırmacıların ilgisini çekmektedir. Genel olarak, sentez yönteminin ve doping metalinin değiştirilmesi, BSCF'nin elektrokimyasal aktivitelerini etkiler. Bu çalışmada, gümüş katkılı Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF-Ag) perovskit yapısının, düşük aşırı potansiyeli ve uzun süreli dayanıklılığı nedeniyle oksijen evrim reaksiyonu (OER) için daha iyi bir elektrokatalizör olduğu gösterilmiştir. BSCF yapısı EDTA-sitrik asit yöntemiyle sentezlendi. Uygun miktarda Ba(NO3)2 ve EDTA 0.1 M NH4OH çözeltisi içinde çözüldü. Diğer metallerin nitrat tuzları damıtılmış suda çözülmüş, ardından hazırlanan Ba(NO3)2 çözeltisi ile karıştırılmıştır. Karışım jelleşme oluşana kadar 70°C'de karıştırıldı. Elde edilen jelleşmiş numuneler, 1000 °C'de 12 saat kalsine edilmeden önce 24 saat 250 °C'de bir kurutma fırınında pişirildi. 10 mA cm−2'lik bir akım yoğunluğu elde etmek için, BSCF-Ag, BSCF'ye kıyasla çok düşük olan 0,36 V'luk bir aşırı potansiyel gerektirmiştir. BSCF-Ag'nin kararlılığını belirlemek için, 5 saat boyunca ve 10 mA cm−2 sabit akım yoğunluğunda sürekli kronopotansiyometri testleri yapıldı. BSCF-Ag, XRD, SEM ve XPS ile karakterize edildi. Heterojen kataliz ile ilgili uygulamalar için mürekkep püskürtmeli baskı teknolojisindeki son gelişmeler sunulmaktadır. Katalizörler, hammaddelerin katma değerli ürünlere dönüştürüldüğü çoğu kimyasal reaksiyonun merkezinde yer alır. Bu nedenle reaktörde aktif katalizörlerin sentezi ve immobilizasyonu büyük önem taşımaktadır. Mürekkep püskürtmeli baskı, bir fonksiyonel malzeme sınıfı olarak katalizörlerin üretimi ve uygulanması için yararlı bir yöntem olarak yakın zamanda tanıtılan bir eklemeli üretim teknolojisidir. Mürekkep püskürtmeli baskı, yüksek verimli katalitik süreçlerin tasarımına uyarlanabilen özel özellikler sağlar. Bu tez, mürekkep hazırlama, ince film özellikleri ve gerçek hayattaki uygulamalar gibi mürekkep püskürtmeli baskı ve heterojen kataliz kombinasyonu ile ilgili gelişmeler ve zorluklarla birlikte teknolojiye genel bir bakış sunmaktadır.