Cu-Mo çöktürülmüş karbon keçe elektrotların hazırlanması, karakterizasyonu ve hidrojen gazı üretimine katalitik etkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada elektroliz sistemindeki aşırı gerilimleri düşürmek ve hidrojen gazı oluşum reaksiyonunu hızını artırmak için büyük yüzey alanına sahip karbon keçenin (C) yüzeyi farklı akımlar uygulanarak farklı miktarlarda Cu ve Mo çöktürülmüştür (C/Cu, C/Mo). Belirlenen uygun çöktürme akımı ve metal miktarında Mo ve Cu farklı oranlarda çöktürülerek elektrotun katalitik etkisi daha da arttırılmaya çalışılmıştır. Elektrotların yüzey yapıları taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile incelenmiş, elektrot yüzeylerinin kimyasal bileşimleri ise enerji dağılımlı X-ray spektroskopisi (EDX) ile belirlenmiştir. Hazırlanan elektrotlar katot olarak kullanılmış ve 1 M KOH çözeltisinde hidrojen gazı üretimine katalitik etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, katodik akım-potansiyel eğrileri ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi teknikleri kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre Mo ve Cu metallerinin C yüzeyine çöktürülmesi elektrotun hidrojen gazı üretimine katalitik etkisini arttırmaktadır. C yüzeyine Mo ve Cu bir arada çöktürüldüğünde elektrotun katalitik etkisi daha da artmaktadır. MoCu ikili katalizörlerin katalitik etkisi çöktürülen metal oranlarına bağlı olup çalışılan koşullarda en etkin elektrot çöktürme banyosunda Mo ve Cu mol oranının 1:0,1 olduğu (*C/MoCu-5) koşullarda elde edilmiştir. Bu elektrot (*C/MoCu-5) elektroliz sisteminde katot olarak kullanıldığında elektrotun hidrojen oluşumuna katalitik etkisi zamanla hemen hemen sabit kalmıştır.

In this study, Mo and Cu metals with various amounts at different deposition currents were electrochemically deposited over a carbon felt (C) which has high surface area (C/Cu, C/Mo) in order to reduce overpotentials in electrolysis system and increase the rate of hydrogen evolution reaction. In order to enhance catalytic effect of the electrode, MoCu binary coatings with various metal ratios were prepared over the C felt electrode (C/MoCu) at the determined optimum deposition current and total metal amounts. The surface morphologies were investigated by scanning electron microscopy (SEM), and the chemical composition of the surfaces were determined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The prepared electrodes were used as cathode, and their catalytic activities for hydrogen gas production were investigated in 1 M KOH solution. For this aim, cathodic current-potential and electrochemical impedance spectroscopy measurements were performed. The data obtained showed that, the deposition of Cu and Mo over the C enhances the hydrogen evolution activity of the electrode. The co-deposition of small amount of Mo and Cu could further enhance hydrogen evolution activity of the electrode. The electrocatalytic activity of the binary CoMo catalysts depends on metal ratios of the deposited metals. The *C/MoCu-5 electrode with 1:0.1 (Mo:Cu) metal ratio in the bath solution has the highest hydrogen evolution activity among the studied electrodes. The catalytic activity of this electrode (*C/MoCu-5) nearly remained the same, when this electrode was used in electrolysis system as cathode.