کسب دکترای رشته مهندسی پلیمر- گرایش رنگ توسط پژوهشگر پژوهشگاه رنگ خانم اعظم پیرکرمی

محقق پژوهشگاه رنگ موفق به سنتز و شناسایی نانو پوشش‌های فتوالکتروکاتالیست CdS@NiCo-LDH و بررسی خواص کاربردی آن‌ها گردید. این دفاع موفقیت آمیز را تبریک عرض نموده و برای محقق نامبرده در مراحل پیش روی زندگی، آرزوی موفقیت و سربلندی می نمائیم.

به گزارش روابط عمومی پژوهشگاه رنگ، دکتر اعظم پیرکرمی مجری طرح "سنتز و شناسایی نانو پوشش‌های فتوالکتروکاتالیست CdS@NiCo-LDH و بررسی خواص کاربردی آن‌ها" در ارتباط با این طرح گفت: استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر یکی از مسائل روز دنیاست. در این راستا، بهره گیری از هیدروژن در پیل‌های سوختی یک منبع بسیار مؤثر محسوب می‌شود. روش نوین تولید هیدروژن، استفاده از فرآیند فتوالکتروشیمیایی آب با استفاده از نور خورشید است. در این تحقیق، ساختار و عملکرد الکتروکاتالیست CdS@NiCo-LDH/NF برای کاربرد تجزیه آب موردبررسی قرار گرفت. برای ساخت این ترکیب از دو روش هیدروترمال و رسوب الکتروشیمیایی استفاده شد. در هر دو روش، ابتدا CdS بر روی بستر فوم نیکل و سپس LDH بر روی CdS پوشش داده شد. در ساخت CdS به روش هیدروترمال، تأثیر افزودنی اوره، هگزا متیلن تترا آمین، پلی وینیل پیرولیدون، تری متیل آمونیوم بروماید به صورت مجزا بر ریزساختار بررسی شد. همچنین در روش رسوب الکتروشیمیایی، تأثیر زمان و چگالی جریان بر ریخت شناسی CdS بررسی شد. برای تهیه پوسته LDH در روش هیدروترمال، پارامترهای زمان و دما و در ساخت رسوب الکتروشیمیایی، زمان، چگالی جریان و pH موردبررسی قرار گرفت. برای مشخصه‌یابی ساختار، آنالیزهای SEM، TEM، HRTEM، XRD، ICP، EDS و XPS مورد استفاده قرار گرفت و سطح ویژه الکتروکاتالیست ها توسط آزمون BET اندازه گیری شد. به‌ منظور بررسی خواص الکتروشیمیایی و فتوالکتروشیمیایی تجزیه آب، آزمون پتانسیل روبشی خطی (LSV) انجام شد. در این آزمون با استفاده از چگالی جریان‌های 20 و 100mA cm-2 پتانسیل مازاد الکتروکاتالیست ارزیابی و با الکترود تجاری  Pt/C 20% برای فرآیند تصاعد هیدروژن (HER) و الکترود RuO2 برای فرآیند تصاعد اکسیژن (OER) مقایسه شد.برای تعیین مقاومت و پایداری الکترودهای تهیه شده، کرونوآمپرومتری خطی و چرخه‌ای مورد مطالعه قرار گرفت. آزمون طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) مقاومت انتقال بار الکتروکاتالیست انجام و اندازه‌گیری کمی اکسیژن و هیدروژن تولید شده در سلول الکترولیتی در محلول ۰/۱ M KOH بررسی شد. نتایج بررسی‌ها مشخص کرد که ابعاد و شکل ذرات هسته CdS و پوسته LDH با تغییر پارامترهای فرآیندی مانند دما، زمان، ماده افزودنی و pH تغییر می‌کند. نتایج ریزساختاری مشخص کرد که برای فرآیند هیدروترمال، افزودنی هگزامتیلن تترا آمین برای دستیابی به ساختار میله‌ای مناسب تر است. در بهینه‌سازی پارامترها در روش هیدروترمال زمان مناسب برای تهیه CdS و LDH به ترتیب ۸ و ۱۲ ساعت و دما ۲۰۰ و (C°210) به دست آمد. همچنین در روش الکترو شیمی برای تهیه CdS و LDH، زمان به ترتیب معادل ۳۰۰ و ۴۰۰ ثانیه و چگالی جریان ۲ و mA/cm-2  ۳ تعیین شد. نتایج نشان داد که در هر دو روش هیدروترمال و رسوب الکتروشیمیایی، می‌توان به ریزساختار مناسبی برای الکترو‌کاتالیست مورد نظر دست یافت. با این حال، نشان داده شد که روش الکتروشیمی به دلیل سرعت تشکیل ساختار و قابلیت تنظیم زمان تشکیل پوشش، برای تشکیل الکتروکاتالیست مورد نظر، روش مناسب‌تری است. بررسی‌ها مشخص کرد که سازوکار رشد ذرات CdS در شرایط بهینه (برای شکل میله‌ای) از سازوکار رشد جهت‌دار پیروی می کند. نتایج نشان داد که راندمان حاصل از فرآیند OER و HER نسبت به نتایج گزارش شده از الکتروکاتالیست‌های محققین دیگر بهتر است. در چگالی جریان 100mA cm-2، برای OER و  HER بهترین راندمان در روش‌ هیدروترمال به ترتیب معادل ۱۹۸ و ۲۰۶mV و برای روش الکتروشیمی معادل ۲۲۰ و ۱۸۷mV به دست آمد. نتایج ثابت کرد که ساختار سامانه فتوالکتروشیمی طراحی شده پس از انجام فرآیند OER و HER  دارای پایداری خوبی است. جمع بندی نتایج نشان داد که ساختار هسته-پوسته CdS@NiCo-LDH/NF می‌تواند به‌عنوان یک نانو ساختار نوین با قابلیت ساخت سریع و راندمان نسبتا بالا برای فرآیند OER و HER توسعه یابد.

کلمات کلیدی: : تولید هیدروژن، الکتروکاتالیست CdS@NiCo-LDH/NF ، تجزیه آب، هیدروترمال، رسوب الکتروشیمیایی، تصاعد هیدروژن، تصاعد اکسیژن

در پایان گفتنی است استاد راهنمای طرح مذکور خانم دکتر سوسن رسولی و استاد مشاور آقای دکتر ابراهیم قاسمی از اعضای هیات علمی پژوهشگاه رنگ بودند.