الفهرس 
Introduction & Literature ReviewOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 127 |  |  |
| | | from | 127 | | |
Abstract
يواجه العالم تحديات متزايدة لنضوب الوقود الأحفوري والاحتباس الحرارى ، لذا فقد اصبح الاهتمام بتطوير أجهزة تخزين الطاقة الكهروكيميائية الي أجهزة فعالة وذو تكلفه منخفضه امرا ضروريا. تعد خلايا وقود الميثانول المباشرة مصدرًا واعدًا للطاقة في التطبيقات المحمولة والسيارات ، ويرجع ذلك أساسًا إلى الاستخدام المباشر للوقود السائل ، والانبعاثات المنخفضة ، وإعادة الشحن السريع ، وانخفاض درجة حرارة التشغيل ، وسهولة النقل ، والتخزين ، وعدم اضرارها بالبيئة. ومع ذلك ، فإن من اهم العوائق الرئيسية التي تواجه استخدام خلايا وقود الميثانول المباشرة هو التكلفه العاليه بالاضافه الي صعوبه حركية أكسدة الميثانول على سطح المحفز(نتيجة للبلاتيوم Pt المستخدم الذي يعد أفضل محفز) لذلك ركزت الجهود البحثية الحالية على تطوير محفزات البلاتيوم الحرة ذات النشاط والحفز الكهربي العالي. و للمواد النانوية دورًا مهمًا في تحسين كفاءة أجهزة تخزين الطاقة عن طريق اكساب المواد الخصائص النانومتريه. ومن الأساليب الفعالة لتخفيض تكلفة خلايا وقود الميثانول المباشره هو استخدام الفلزات الانتقالية وهجيناتها النانومترية في الوسائط القلوية كمحفزات للأنود. تهدف الرساله الحاليه إلى حل المشكلة التي تواجه خلايا وقود الميثانول المباشرة باستبدال البلاتنيوم تمامًا بالمواد النانومترية الجديدة المهجنة التي لها خصائص حفز كهربي مميزه∙
و في هذه الدراسه ، تم اختيار هيدروكسيدات مزدوجة الطبقات (LDHs) ، كماده لها العديد من المميزات مثل الاستقرار الكيميائي والحراري مما يرشحها بقوه للاستخدام كمواد بديلة لتحفيز أكسدة الميثانول. ومن الأساليب الفعالة لتخفيض تكلفة خلايا وقود الميثانول المباشره هو استخدام الفلزات الانتقالية وهجيناتها النانومترية كحفازات في الاوساط القلوية. وعلى الرغم من أنه خلال السنوات القليلة الماضية ، تم توجيه الأبحاث إلى استخدام هيدروكسيدات مزدوجة الطبقات كمواد واعدة الأداء ولها خصائص مميزه للتطبيقات الكهروكيميائية ، الا ان الاتجاه لاستخدام هيدروكسيدات مزدوجة الطبقات لتحفيز أكسدة الميثانول هو استراتيجية جديدة. كما انه ايضا خلال هذه الدراسه تم تهجينها باستخدام الجرافين الداعم لإنتاج هياكل ثلاثية الأبعاد (كمادة حفز جديدة لأكسدة الميثانول) ، والتي اظهرت النتائج انها الاكثر فاعليه لاكسدة الميثانول.
وتنقسم هذه الرساله إلى قسمين رئيسيين :
يتناول الجزء الأول توليف وتوصيف وتقييم القياسات الكهروكيميائية لبعض الهيدروكسيدات ذات الطبقات المزدوجة النانومترية الهجينة:
حيث تم تحضير ثلاثة عينات من هيدروكسيدات مزدوجة الطبقات النانومترية نيكل كروم- نيكل كوبلت كروم- كوبلت كروم بطريقة الترسيب المشترك ثم تم توصيف العينات المحضرة فوجد ان عينه النيكل كروم أعلى اتساع للمسام. وقد تم دراسة عمليه تحفيز أكسدة الميثانول باستخدام المواد المحضرة من خلال اجراء بعض الاختبارات الكهروكيميائيه ومن خلال دراسه النتائج لهذه العمليات الحفزيه وجد ان نتائج السيكلك فولتامتري تدل علي أكسدة واعده للميثانول باستخدام هيدروكسيدات مزدوجة الطبقات مع استقرار أفضل. كما لاحظنا ان الاستبدال التدريجي للكوبالت بالنيكل يؤدي إلى تعزيز النشاط الحفزي الكهربي للعينه مع ثبات أفضل لأكسدة الميثانول. وهذا يرجع الي طبيعه النيكل خلال التفاعل الكهروكيميائي ونشاطه تجاه أكسدة الميثانول. ولتحديد الهجين الاكثر كفاءة تم مقارنه قيمه كثافة التيار الكهربي الناتج عند استخدام تركيز معين من الميثانول (3مول) عند معدل مسح معين(60 مللي فولت/ثانية) ووجد ان عينه النيكل كروم هي الاعلي 7.02)مللي أمبير/سم2 ). كما انه بدراسه الفولتية الخطية وجد ان عينه النيكل كروم هي الاقل قيمه (0.35 فولت). ويرجع ذلك إلى طبيعة النيكل القابلة لانعكاس الالكترون بالاضافه الي قيمة اتساع المسام التي تلعب دورا رئيسيا في النشاط الحفزي مما يتيح سهوله وصول المتفاعلات إلى المواقع النشطة. علاوة على ذلك تم دراسه التحليل الحركي للمعاوقه الكهروكيميائيه والتى خلصت إلى أن مادة النيكل كروم لها أدنى قيم معاوقة لنقل الشحنة ، والتي تتوافق مع الجهد القليل لأكسدة الميثانول. لذلك ، لا يقدم هذا الجزء فقط أنواعًا جديدة من هيدروكسيدات مزدوجة الطبقات النانومترية كمحفزات رخيصة واعدة ، وانما يوفر أيضًا رؤى جديدة حول دور أيونات النيكل لتعزيز النشاط الكهروكيميائي للطبقات المزدوجة.
يتناول القسم الثاني: دراسه عمليه تدعيم هيدروكسيد النيكل كروم النانومتري ذو الطبقات المزدوجة باكسيد الجرافين لزياده عمليه الحفز الكهروكيميائية لأكسدة الميثانول بتكوين مركبات هجينه ثلاثيه الأبعاد من النيكل كروم واكسيد الجرافين المختزل
حيث تم بنجاح تحضير سلسلة عينات ثلاثيه الأبعاد من هيدروكسيد النيكل كروم ذو الطبقات المزدوجة و اكسيد الجرافين المختزل باستخدام الميكروويف بتغيير نسب اكسيد الجرافين المختزل في العينه واختبارها كحفازات لعمليه اكسدة الميثانول . وقد وجد أن عينه النيكل كروم النقيه (G0-LDH) تظهر أعلى مساحة سطحية (92.0 م 2 جم -1) ولكنها مازالت محتفظه بعيوب التراكم فوق بعضها البعض. وهذه القيمة أكبر بكثير من مساحات الاسطح الناتجه للمركبات النانوية الهجينة المكونه من النيكل كروم واكسيد الجرافين المختزل معا التي تتراوح مابين 37.9-54.3 م 2 جم − 1 مع الاحتفاظ الكامل بخصائص كلا من الجرافين و هيدروكسيدات مزدوجة الطبقات بالاضافه الي اكتسابهم لميزه مهم جدا وهي التباعد الملحوظ بين الطبقات الذي يزيد بزياده نسبه اكسيد الجرافين المختزل في العينه كما هو واضح من خلال التوصيف باستخدام الميكرسكوبـ الالكترونى الثاقب والميكرسكوب الالكترونى الماسح. وبالتالي يصبح سطح المركبات النانوية الهجين أكثر تباعدا ، مما يقلل المقاومة لنقل الشحنات. وبالتالي يمكن تشكيل مسارسهل لحركه الإلكترون بالاضافه الي نقل سريع للمتفاعلات والنواتج. وبالمقارنة مع عينه هيدروكسيد النيكل كروم مزدوج الطبقات النقي، تُظهر المركبات النانوية الهجينة المكونه من النيكل كروم /اكسيد الجرافين المختزل الناتجة نشاطًا أعلى واستقرارًا طويل الأمد لاكسدة للميثانول. ترجع هذه الكفاءة والاستقرار العالي الي الجمع الكامل بين خصائص كل من هيدروكسيدات مزدوجة الطبقات و اكسيد الجرافين المختزل ، ليس فقط لمساحة سطح عالية ولكن أيضًا لدرجة عالية من التباعد بين الطبقات ، مما يسمح بمسارات نقل فعالة للمتفاعلات والنواتج. وخلال هذه الدراسه ايضا تم مقارنه نتائج العينات الهجينه ثلاثيه الأبعاد ذات النسب المختلفة لاكسيد الجرافين المختزل ببعضها، باستخدام تركيز معين من الميثانول (3مول) عند معدل مسح معين(60 مللي فولت/ثانية)، فوجد ان العينه G200-LDH التي تحتوي علي اعلي نسبه جرافين ) اظهرت نشاطًا كهروكيميائيًا فائقًا تجاه أكسدة الميثانول ، والذي حقق أقصى كثافة تيار تبلغ 2.22 مللي أمبير / سم 2 التي تعادل 4 مرات قيمه التيار الناتج من عينه هيدروكسيد النيكل كروم مزدوج الطبقات النقي. علاوة على ذلك، بدراسه الفولتية الخطية للعينات فوجد ان عينه العينه G200-LDH هي الاقل قيمه (0.3 فولت) . كما ان نتائج دراسه الثبات اثبتت انها الاكثر استقرارا من المركبات النانوية الأخرى. ويرجع كل ذلك إلى كونها ثلاثيه الابعاد ذات شكل شبيه بالزهور مما يعزز معدل تفاعل أكسدة الميثانول مع قدرة أفضل على مكافحة تسمم السطح.