Decoration of graphene sheets by metal oxide particle: Synthesis, characterization, and application in hydrogen storage
Grafen levhaların metal oksit parçacısından dekorasyonu: Hidrojen depolama sentezi, karakterizasyonu ve uygulaması
- Tez No: 478641
- Danışmanlar: PROF. DR. YUDA YÜRÜM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, Sabancı Üniversitesi doktora tezi olup hidrojen gazı depolaması için grafen esaslı nanokompozitlerin sentezi ile ilgilidir. Bu çalışmanın amacı, ortam sıcaklığında ve basıncında hidrojen depolama kapasitesi geliştirilmiş malzemelerin, yerleşik sistemlere ve kamu güvenliğine uyum sağlayacak şekilde geliştirilmesidir. Bu çalışmanın ilk bölümünde grafen tabakaları, hidrojen alımı için ağırlıkça %2.8 geçiş metal oksidi (TiO2, NiO, Fe3O4, CuO) ile yüklenmiştir. Bu nanokompozitlerden Fe3O4 ile yüklenen örnek, oda sıcaklığında %0,4 ile en yüksek hidrojen alımını gösterirken, izostrerik adsorpsiyon ısısındaki en yüksek miktardaki iyileşmeyi TiO2 (yüzeyin %50 kaplandığı durumda 12kJ/mol) göstermiştir. Bu değerler 298K'de maksimum alım için normalleştirilmiştir. Ayrıca, farklı TiO2 içerikli (ağırlıkça %10, 12 ve 15) grafene dayalı nanokompozitler kolay bir kimyasal yöntemle hazırlanmıştır. Bu nanokompozitlerde, en yüksek hidrojen alımı ağırlıkça %0.39 olmuş ağırlıkça %12 TiO2 nanoparçacıkları içeren numune ile elde edilmiştir. Ulaşılan hidrojen alımı miktarı ana grafen maddesinin hidrojen adsorpsiyon miktarından %125 oranında yüksek olmuştur. Bu çalışmanın sonraki bölümünde, (001) reaktif fasetlere sahip homojen olarak dağıtılan TiO2 nanopartikülleri azot katkılı indirgenmiş grafen oksit tabakaları üzerinde solvotermal bir yöntemle yerleştirilmiştir. Sistemin hidrojen depolama kapasitesi, oda sıcaklığında ve düşük basınçlarda grafen bazlı nanokompozitler için şimdiye kadar rapor edilen en yüksek hidrojen depolama miktarı olan ağırlıkça % 0,91'e ulaşmıştır. Önemli biçimde, bu nanokompozit ortam koşullarında depolanan hidrojenin %88'den fazla salınması ile 5 döngü boyunca ~% 91 kapasite retansiyonu sergilemektedir. Tezin son bölümünde, Al2O3 nanoparçacıkları ve az miktarda Pd içeren heterojen bir katalizörün, RGO'nun hidrojen alımını önemli ölçüde arttırdığı bidirilmiştir. Ağırlıkça %1 oranında heterojen katalizör (ağırlıkça <%0.3 Pd) eklenmesinin, RGO'nun hidrojen depolama kapasitesini ağırlıkça %0,17'den %0,31'e arttırdığı gösterilmiştir. Gözlemlenen bu artışın, RGO nanokompozitinde hidrojen alımını 1,8 faktörü ile arttırdığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
This is the thesis for a doctorate of Sabanci University and relates to the synthesis of graphene based nanocomposites as media to store hydrogen gas. The aim of this work is to develop such materials with improved hydrogen storage capacity at ambient temperature and pressures that can also provide the adaptability to onboard systems and public safety. In the first part of this work, graphene sheets were decorated by 2.8 wt% transition metal oxide (TiO2, NiO, Fe3O4, CuO) for hydrogen uptake. Among these nanocomposites, sample decorated with Fe3O4 showed the maximum hydrogen uptake of 0.4 wt% at room temperature while TiO2 showed the highest improvement in the isosteric heat of adsorption (12kJ/mol at a surface coverage of 50%) when normalized by maximum uptake at 298k due to the strong interaction between hydrogen molecules and substrate. Moreover, a series of graphene-based nanocomposites with different TiO2 contents (10, 12 and 15 wt%) have been prepared via a facile chemical method. The highest hydrogen uptake of 0.39 wt% was obtained for the sample with 12 wt% TiO2 nanoparticle that is 125% higher than the iv hydrogen adsorption of the parent graphene material. In the next part of this work, homogeneously distributed TiO2 nanoparticles with (001) reactive facets were grown over nitrogen-doped reduced graphene oxide sheets by a solvothermal method. Hydrogen storage capacity of the system was significantly improved to 0.91 wt% that is the highest hydrogen storage ever reported for graphene-based nanocomposites at room temperature and low pressures. Importantly, this nanocomposite exhibits ~91% capacity retention through 5 cycles with more than 88% release of the stored hydrogen at ambient conditions. In the last part of the thesis, we reported the development of a heterogeneous catalyst consisting of Al2O3 nanoparticle and low amounts of Pd that markedly enhances the hydrogen uptake of RGO. It was shown that incorporation of 1 wt% heterogeneous catalyst (<0.3 wt% Pd) significantly increased the hydrogen storage capacity of RGO from 0.17 wt% to 0.31 wt%. This indicated a rise of hydrogen uptake by a factor of 1.8 in RGO nanocomposite.
Benzer Tezler
- M13 virus template as a new approach to electrochemical energy storage in Li-O2 breathing battery cathodes
Li-o2 solunum pili katotlarında elektrokimyasal enerji depolamaya yeni̇ bir yaklaşım olarak M13 virüs şablonu
AHMED WALEED MAJEED AL-OGAILI
Doktora
İngilizce
2021
EnerjiSakarya ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATEM AKBULUT
- Two dimensional materials for sensing and energy applications
Başlık çevirisi yok
CİHAN KURU
Doktora
İngilizce
2015
Metalurji MühendisliğiUnıversıty Of Calıfornıa San DıegoMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. PRABHAKAR R. BANDARU
- Değişen oranlarda grafen nanoplaka ile katkılandırılan ZrC-TiC-%1CNT kompozitlerinin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of ZrC-TiC-1%CNT composites with additional variant amounts of gnp prepared by spark plasma sintering method
MUSTAFA YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Molecular dynamics simulations of carbon-aluminum nanocomposites
Karbon-alüminyum nanokompozitlerinin moleküler dinamik simülasyonu
AHMET SEMİH ERTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Prediction of mechanical behavior of carbon- based nano structures
Karbon esaslı nano yapıların mekanik davranışlarının belirlenmesi
CENGİZ BAYKASOĞLU
Doktora
İngilizce
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUĞAN