سنتز و بررسی خصوصیات اکسید گرافن کاهیده اصلاح شده با استفاده از ال- لیزین و مس برای واکنش‌های تولید اکسیژن و هیدروژن

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه شیمی فیزیک، دانشکده شیمی، دانشکدگان علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشکده شیمی، پردیس البرز، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 دانشکده شیمی، دانشکدگان علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش، فعالیت الکتروکاتالیستی اکسید گرافن (GO) عامل‌دار شده با استفاده از اسیدآمینه ال- لیزین (GO-Lys) و همچنین ال- لیزین و مس (GO-Lys-Cu) برای واکنش‌های تولید اکسیژن و هیدروژن مورد ارزیابی قرار گرفت. شناسایی و مشخصه‌یابی نمونه‌های GO، GO-Lys و GO-Lys-Cu با استفاده از فناوری‌های پراش پرتو ایکس، طیف‌بینی مادون قرمز تبدیل فوریه، طیف‌بینی رامان، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی و تصاویر نقشه‌برداری عنصری انجام شد. همچنین به منظور بررسی خواص الکتروشیمیایی و فعالیت‌های الکتروکاتالیستی نمونه‌ها از طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و ولتامتری روبش خطی (LSV) استفاده شد. نتایج بدست آمده نه تنها تزئین سطح اکسید گرافن توسط Lys و Lys-Cu را تایید کرده است، بلکه همچنین کاهش صفحات اکسید گرافن و تبدیل آن به اکسید گرافن کاهیده (rGO) را نشان داده است. از طرف دیگر، نتیجه-های EIS کمترین مقاومت انتقال بار برای نانوکامپوزیت هیبریدی Lys-rGO در مقایسه با سایر نمونه‌ها را تایید کرده است. نتیجه‌های بدست آمده از LSV نشان می‌دهد که عامل‌دار کردن GO با گروه عاملی آمین Lys-Cu منجر به فعالیت الکتروکاتالیستی کارآمد و پایدار برای واکنش تولید اکسیژن (OER) و واکنش تولید هیدروژن (HER) با کمترین پتانسیل مازاد (mV 375 و 732، به ترتیب) در چگالی جریان mA/cm2 10 در محیط قلیایی و کوچک‌ترین شیب تافل mV/dec ٣٤٦ و 160، به ترتیب برای OER و HER، در مقایسه با نمونه‌های GO، L-Lys، GO-Lys و Lys-Cu شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Synthesis and Investigation of Properties of Reduced Graphene Oxide Modified Using L-lysine and Copper for Oxygen and Hydrogen Evolution Reactions

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Rahnemaye Rahsepar 1
  • Sirwan Muhammed Al-Dalawi 2
  • Mustafa Farajzadeh 3
1 School of Chemistry, College of Science, University of Tehran, Tehran 1417614411, Iran
2 Department of Chemistry, Alborz Campus University of Tehran, Tehran, Iran
3 School of Chemistry, College of Science, University of Tehran, Tehran 1417614411, Iran
چکیده [English]

In this study, the electrocatalytic activity of the functionalized graphene oxide (GO) using L-lysine (GO-Lys) as well as L-lysine and copper (GO-Lys-Cu) was investigated for oxygen and hydrogen evolution reactions. Identification and characterization of GO, GO-Lys and GO-Lys-Cu were done using X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, field emission scanning electron microscopy (FESEM) and elemental mapping images. Also, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and linear sweep voltammetry (LSV) were used to investigate the electrochemical properties and electrocatalytic activities. The obtained results not only confirmed the decoration of the GO surface by Lys and Lys-Cu, but also revealed the reduction of graphene oxide (rGO) sheets. EIS results confirmed the lowest charge transfer resistance for Lys-rGO hybrid nanocomposite compared to other synthesized samples. The results obtained of LSV show that the functionalization of GO with Lys-Cu leads to efficient and stable electrocatalytic activity for the oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) with the lowest overpotential (375 and 732 mV, respectively) at the current density of 10 mA/cm2 (1 M KOH) and the smallest Tafel slope is 346 and 160 mV/dec, respectively, compared to GO, L-Lys, GO-Lys and Lys-Cu samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electrocatalyst
  • L-lysine
  • Graphene oxide nanocomposite
  • Hydrogen evolution reaction
  • Oxygen evolution reaction
شیمى کاربردى روز

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 26 خرداد 1403

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار