Polimer elektrotlarda hidrojen çıkışının incelenmesi

Abstract

Hidrojen oluşumu, sadece hidrojen enerjisi açısından değil, CO2 gibi doymamış bileşiklerin hidrojenasyonunda da oldukça önemli bir tepkimedir. Pt, Pd, Ru gibi elektrokatalizörlerde hidrojen oluşumu çok hızlı gerçekleşmekte, bu da elektrot yüzeyinde adsorplanması gereken türlerin tutunmasını engellemektedir. Bundan dolayı hidrojen oluşumunun yavaş ve kontrollü bir şekilde gerçekleştirildiği elektrot materyalleri üzerinde elektrokimyasal hidrojenasyon önem kazanmakta ve incelenmektedir. Polimer kaplı metal elektrotlarda karbondioksitin, yalın metallere nazaran, daha pozitif potansiyellerde indirgendiği bilinmektedir ve reaksiyonun, adsorbe hidrojen atomu (Had) üzerinden (hidrojenasyon) yürüdüğü düşünülmektedir. Dolayısıyla, hidrojenasyona polimerin nasıl bir katkı sağladığını araştırmak üzere polimer elektrotlarda hidrojen oluşum reaksiyonlarının metal desteği olmaksızın incelenmesi gerekmektedir. Bu bağlamda, hazırlanan bu tez kapsamında CO2'in indirgenmesiyle ilgili literatür incelenmiş, mevcut mekanizmalar tartışılmış ve Pt yüzeyinde sentezlenen polianilin filminin kalınlığını artırmak (polimerleşmeyi hızlandırmak) üzere çözeltiye yapıyı değiştirmediği bilinen parafenilendiamin eklenmiştir. Elde edilen polimer tozu preslenip pelet haline getirilerek, hidrojen oluşum reaksiyonunda metal desteksiz elektrokatalizör olarak kullanılmıştır. Polianilin elektrotlarda hidrojen çıkışı olduğu tespit edilmiştir ve bu önemli bir bulgudur. Değişik poröziteye sahip elektrot malzemesi elde etmek ve bunlar üzerinde de hidrojen çıkışını incelemek üzere polimer tozu içerisine değişik konsantrasyonlarda NaCl eklenmiş, preslemeden sonra tuz yıkanarak çıkartılmış ve geriye kalan poröz yapı hidrojen çıkışı açısından incelenmiştir. Hazırlanan değişik porözitedeki polimer elektrotların asidik ortamda dönüşümlü voltamogramları, polarizasyon eğrileri ve impedans spektroskopik ölçümleri alınarak hidrojen oluşum reaksiyonları incelenmiştir. Elde edilen verilerden yola çıkarak metal desteksiz elektrotlarda hidrojen oluşumunun yavaş ve kontrollü bir şekilde gerçekleştiği görülmüştür. Ulaşılan bu sonuçla CO2'in, polianilin kaplı Pt elektrotlardaki indirgenme mekanizmasının anlaşılmasına katkı sağlanmıştır.

Hydrogen evolution is not only important because of the worthy of hydrogen energy, it is also important for hydrogenation of unsaturated compounds such as CO2. On the electrocatalysts such as Pt, Pd, Ru, hydrogen evolution occurs too fastly to impedes the adsorption of the species on the surface. Therefore, it is important that new materials which evolve hydrogen slowly and controlled, are needed to investigated. Reduction of CO2 occurs more positive potentials on polymer coated metal electrodes than metallic electrodes and it is suggested that the reaction occurs via adsorbed hydrogen (Had). Therefore, it is necessary to investigate how the polymer contributes hydrogen evolution reaction on polymer electrodes without metallic support. In this context, literature data for reduction of CO2 and existing mechanisms was examined and paraphenylendiamine was used to increase the thickness of polyaniline film formed on the surface of Pt. The obtained polymer powder was pressed to build a pellet and used as electrocatalyst without metallic support for hydrogen evolution reaction. Hydrogen evolution was determined on polyaniline electrodes and it is a significant result. NaCl at various concentrations was added into polymer powder in order to obtain various porosity electrodes. After the pressing, salt was removed by washing and the porous electrode was investigated for hydrogen evolution reaction. Prepared various porosity electrodes was examined in acidic media for hydrogen evolution reaction using cylic voltammetry, polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy. It was observed that hydrogen evolution reaction occurs slowly and controlled on polymer electrodes without metallic support. With this result, it is contributed for understanding the reaction mechanism of CO2 reduction on polyaniline coated Pt electrodes.