عنوان پایان‌نامه
اصلاح بستر سیلیکون متخلخل به کمک نانو ذرات پالادیوم به منظور شناسایی،جذب و ذخیره سازی هیدروژن
- رشته تحصیلی
- مهندسی انرژیهای جدید پذیر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73337;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73337
- تاریخ دفاع
- ۲۴ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- یاسمن هنرپژوه
- استاد راهنما
- فاطمه راضی آستارایی
- چکیده
- اهمیت هیدروژن در دنیای امروز به دلیل رو به اتمام بودن سوخت های فسیلی و آلودگی هوای ناشی از آن ها دو چندان شده است. هیدروژن یک منبع انرژی پاک می‌باشد که می‌تواند از منابع تجدیدپذیر تولید شود. چالش پیش رو در استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت در دستگاه های متحرک، ذخیره سازی ایمن و پربازده آن است. مواد مختلفی به منظور ذخیره سازی هیدروژن ساخته و ارائه شده اند. سیلیکون یک ماده بالقوه برای ذخیره سازی هیدروژن شناخته شده است. به منظور بهبود ظرفیت ذخیره سازی هیدروژن در پایه سیلیکونی می توان با ایجاد تخلخل در سطح آن، سطح فعال را در این ماده افزایش داد و ظرفیت ذخیره سازی هیدروژن را در آن بهبود بخشید. از فلزات واسطه می‌توان به عنوان موادی نام برد که تعامل قوی با هیدروژن دارند. به عنوان مثال، پالادیوم یک عنصر واسطه است که به خوبی با هیدروژن پیوند تشکیل می دهد و می تواند یک کاتالیزور در جذب هیدروژن محسوب شود. همچنین نانوساختارهای کربنی به دلیل نسبت سطح به حجم قابل توجه و با کمک فعالسازی سطح، می‌توانند از جمله مواد مؤثر در ذخیره‌سازی هیدروژن به حساب آیند. در این تحقیق از پایه سیلیکونی به عنوان بستر برای مواد ذخیره ساز هیدروژن استفاده شد. سپس با ایجاد تخلخل در سطح آن به روش آندیزاسیون، سطح فعال آن افزایش داده شد. به منظور بهبود خواص سطحی سیلیکون از فلز پالادیوم استفاده شده و لایه نشانی آن به روش الکترولس بر سطح نمونه صورت گرفت. پس از آن صفحات گرافن اکساید به روش لایه نشانی چرخشی بر سطح نمونه قرار گرفتند. بررسی مورفولوژی سطح نمونه با استفاده از FESEM انجام شد. ساختار کریستالی نمونه توسط تست XRD و مشخصه یابی نمونه توسط تست Raman انجام شد. مشخصه یابی ها وجود تخلخل را در سطح سیلیکون، خوشه‌های پالادیوم متشکل از نانوذرات و لایه‌های گرافن اکساید را تأیید کردند. تست CV برای مشخص کردن مکانیزم ذخیره سازی هیدروژن و تست گالوانوستاتیک شارژ/دشارژ برای اندازه گیری میزان ذخیره سازی در نمونه‌ها انجام شد. نتایج نشان دادند که بیشترین میزان ذخیره سازی هیدروژن در نمونه نهایی متشکل از لایه‌های گرافن اکساید / پالادیوم برروی سیلیکون متخلخل به میزان mAh/g 1/546 که معادل با 1/2% درصد وزنی است رسیده است. این نتایج نشان می دهند که ساختار سطحی نمونه، به دلیل وجود پستی بلندی‌های بسیار، سایز نانویی ذرات پالادیوم و چین و چروک ها و لبه های صفحات گرافن اکساید، برای ذخیره سازی هیدروژن مناسب است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که ایجاد تخلخل در سطح سیلیکون، اصلاح بستر سیلیکون متخلخل با نانوذرات پالادیوم، و در نهایت با صفحات گرافن اکساید خواص سطحی سیلیکون را بهبود بخشید و ظرفیت ذخیره سازی هیدروژن در نمونه را افزایش داد.
- Abstract
- Nowadays, Hydrogen’s role has increased due to depletion of fossil fuels and air pollution. Hydrogen is a clean energy source that could be produced from renewable resources. Safety and efficiency are the challenges in using hydrogen as a fuel in mobile devices. . Till now, different materials have been proposed for hydrogen storage. Silicon has a weak potential for hydrogen storage. By adding porosity and increasing active area of silicon based materials, the storage capacity of hydrogen could be improved. This action cause increment in active sites on the silicon and lead to better storage capacity. The transition metal compounds have strong interaction with hydrogen. For example, palladium is a transitional element which could link up well with hydrogen and act as a catalyst in hydrogen absorption. Furthermore, carbon nanostructures due to their significant surface to volume ratio and by activating interaction surface, can be taken into account as one of the most effective hydrogen storage materials. In this study, silicone implemented as base material for hydrogen storage. Then, by anodization, porosity added to its surface and so the active area was increased. In order to improve the surface properties, palladium deposited with electroless method on the surface of the sample. Afterwards, the graphene oxide sheets added to surface by spin coating. Surface morphology was studied using FESEM. The crystal structure of the sample identified by XRD test and Raman test revealed the characterization of sample. The characterizations confirmed the existance of porous silicon surface, palladium clusters and nanoparticles, and layers of graphene oxide . CV test implemented to determine the mechanism of hydrogen storage and Charge/Discharge Galvanostatic test was done to measure the amount of storage. The results showed the highest hydrogen storage in the final sample ( Si/PS/Pd/GO ) reached to 546.1 mAh/g which is equivalent to 2.1wt.%. These results show that the structure of the sample is suitable for hydrogen storage due to fluctuations in surface, nano-sized palladium particles and wrinkles at the edges of the graphene oxide sheets. Thus, it can be concluded that making porosity on silicon surface, modifying porous silicon substrate with palladium nanoparticles and ultimately adding graphene oxide, improve the surface properties of silicon and increases the hydrogen storage capacity in samples. Keywords: hydrogen, porous silicon, palladium, graphene oxide, electrochemical hydrogen storage.
