Nikel nanokubbelerin hazırlanması, karakterizasyonu ve hidrojen gazı üretimine elektrokatalitik etkilerinin incelenmesi

Abstract

Alkali suyun elektrolizinde kullanılabilecek oldukça etkin ve kararlı üç boyutlu (3D) Ninanokubbeler (Ni-NiND) yapılar hazırlanmıştır. NDs elektrotlar yumuşak litografi- nanokürelitografisi, fiziksel buhar biriktirme ve elektrokimyasal çöktürme tekniklerinin bir arada kullanılması ile hazırlanmıştır. Bu amaçla polidimetilsiloksan kalıp olarak kullanılmıştır. Nanokubbelerin yüzey yapıları taramalı elektron mikroskopu ve atomik kuvvet mikroskopu ile incelenmiştir. Elektrotların yüzeyleri elektrokimyasal olarak dönüşümlü voltametri tekniği kullanılarak ayrıca karakterize edilmiştir. 3D nanoyapıların suyu ayrıştırma aktiviteleri 6 M KOH çözeltisinde polarizasyon ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi teknikleri ile incelenmiştir. Ni-NDs elektrotun elektroliz koşullarındaki elektrokimyasal kararlılığı elektrokimyasal impedans spektroskopisi ile incelenmiştir. Elde edilen bulgular, bu çalışmada uygulanan yöntemler ile oldukça iyi yapıda, aynı boyutlarda ve homojen dağılımlı Ni-NDs yapıların hazırlanabileceğini göstermiştir. Referans olarak saf Nilevha elektrot ile kıyaslandığında ND yapılar hidrojen gazı çıkışında oldukça yüksek etkinlik göstermektedir. Bu sonuç nano yapıların yüzey yapılarından dolayı daha geniş yüzey alanına sahip olmaları ile açıklanmıştır. Ni levha elektrot ile kıyaslandığında, ND elektrotlarda daha düşük hidrojen ayrışma gerilimi (85 mV) ve yük transfer direnci (%90,1), hidrojen gazı oluşumu ile orantılı daha yüksek akım yoğunluğu (%90,4) gözlenmiştir.Ni-ND elektrot elektroliz koşullarında zamanla yüksek kararlığa sahiptir. Elde edilen bulgulara göre,Ni-NDs yapılarınyeni elektrokatalitik elektrotların yapımında destek materyali olarak kullanılabileceği önerilmiştir.

Highly efficient and stable three-dimensional (3D) Ni nanodome (Ni-NDs) arrays were fabricated as candidate cathode material for alkaline water splitting. The NDs were prepared by a combined method of soft lithography-nanosphere lithography, physical vapor deposition and electrochemical methods using polydimethylsiloxane as template. The surface structures of nanodomes were examined by scanning electron microscopy and atomic force microscopy. The water splitting activity of the 3D nanostructures were examined in 6 M KOH solution using polarization and electrochemical impedance spectroscopy techniques. Their surfaces were also electrochemically characterized using cyclic voltammetry technique. The electrochemical stability of the Ni-NDs electrode in the electrolysis conditions was tested by electrochemical impedance spectroscopy. The data obtained showed that well-structured and uniformly distributed Ni-NDs could be fabricated using this combined method. The ND arrays perform excellent hydrogen evolution activity with respect to Ni plate as a reference point since their nano-sized roughness results in larger real surface area. By comparing with Ni plate, lower hydrogen onset potential (85 mV) and charge transfer resistance (90.1%) as well as higher current density (90.4%) corresponding to the amount of evolved hydrogen were observed at the NDs. The Ni-NDs have high time-stability in the electrolysis conditions. It is believed that the Ni-ND arrays contribute to the design of novel electrocatalytic electrodes as candidate supporting materials.