نسیم حسنی

Urea-assisted water electrolysis in an alkaline environment effectively treats urine-rich wastewater and prevents the release of ammonia gas and nitrate pollution into groundwater and drinking water; these contaminants typically result from the discharge of untreated urea into rivers and lakes. On the other hand, Urea-assisted water electrolysis is an efficient method for electrochemically producing hydrogen from water, while simultaneously cleans urea-polluted water. During this process, urea is oxidized at the anode to produce N? and CO?, while pure hydrogen is produced at the cathode and can be easily collected as a valuable green fuel. Compared to conventional water splitting, this method requires 70% less thermodynamic energy to produce H?. Expanding this technology to industrial applications, such as treatment of wastewater plants and farms, could prevent health problems and costs associated with toxic gas emissions, and contribute to the emerging hydrogen economy. In this thesis, two nickel-based bifunctional catalysts were synthesized, and their feasibility for use in the urea oxidation reaction (UOR) and hydrogen evolution reaction (HER) was investigated due to their superior electrocatalytic performance. In Chapter 1, an introduction to Urea-assisted water electrolysis and its importance is provided. In Chapter 2, a cerium-nickel bimetallic metal-organic framework (NiCe-MOF) was synthesized on nickel foam (NF) via a solvothermal method to enhance its conductivity and electrochemical properties. The prepared nanocomposite was characterized using various techniques, including X-ray diffraction (XRD), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and Field emission scanning electron microscope (FESEM). The structure of NiCe-MOF/NF was thereby determined. The electrocatalytic performance of the modified electrode toward UOR in an alkaline solution containing 0.5 M urea was evaluated using cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and other electrochemical methods. Compared to stepwise-modified electrodes, the urea oxidation current on NiCe-MOF/NF was substantially increased and exhibited high stability after 200 potential cycles between 0.0 and +0.8 V. Furthermore, chronopotentiometry (CP) performed at a constant current density of 20 mA cm?² showed a very small potential drop for NiCe-MOF/NF over 20 h, confirming its excellent stability. On the other hand, linear sweep voltammetry (LSV) studies showed excellent electrocatalytic performance towards HER (in KOH, 1 M), with an overpotential of 145 mV at a current density of 10 mA cm?². Furthermore, CP stability tests demonstrated good stability of the proposed catalyst during 20 h of HER operation. The fabricated two-electrode cell, consisting of (-)NiCe-MOF/NF?NiCe-MOF/NF(+), required only 2.22 V to reach a current density of 100 mA cm?² and exhibited excellent stability, with just a slight voltage drop after 20 h of Urea-assisted water electrolysis. The superior electrochemical performance toward urea oxidation and hydrogen evolution was attributed to the effective synergy between nickel and cerium within the MOF structure. In Chapter 3, a chalcogenide was employed in the preparation of an efficient bifunctional electrocatalyst for H2

  در این مطالعه، کمپلکس آهن ( (IIIگایافنزین و 1، 10-فنانترولین سنتز و شناسایی شد. برهم کنش مابین کمپلکس فلزی گایافنزین با ct-DNA در pH 7.4)) مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به طیف UV-vis و مقایسه ثابت‌های اتصال مشخص شد که این کمپلکس را می‌توان در محیط‌های سلول‌های سرطانی قوی‌تر برهمکنش داد و سمیت کمی در سلول‌های سالم مشاهده کرد. با توجه به نتایج حاصل از دو رنگی دایره ای (CD) حالت اتصال شیار نشان داد. برهمکنش کمپلکس فلزی و لیگاند با HSA توسط طیف سنجی فلورسانس در سه دمای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای ترمودینامیکی با استفاده از معادله وانت هوف محاسبه شدند و ?H° و ?S° مثبت هستند که نشان می‌دهد، برهمکنش کمپلکس آهن ( (IIIبا HSA آبگریز است. بر اساس نتایج CD، برهمکنش مابین کمپلکس فلزی آهن ( (IIIگایافنزین و HSA رخ می دهد و درصد مارپیچ آلفا افزایش می یابد. لازم به ذکر است که در طی برهمکنش HSA با کمپلکس فلزی آهن ( (IIIگایافنزین ، ساختار ثانویه HSA پایدار می ماند.

   در این پژوهش، سنتز نانو کاتالیست Ce-La/Ca به روش همرسوبی و کاربرد آن در تولید بیودیزل از طریق واکنش ترانس استریفیکاسیون روغن کلزا مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بهینه سازی فرآیند، پارامترهای موثر بر ساختار و عملکرد نانوکاتالیست شامل درصد ترکیب مواد اولیه، دمای ترسیب، زمان ترسیب، سرعت هم زدن هنگام ترسیب، pHمحلول رسوب دهنده، دما و زمان کلسیناسیون، دما و زمان انجام واکنش ، نسبت مولی الکل به روغن و همچنین درصد وزنی کاتالیست به روغن به عنوان متغییرهای مستقل در نظر گرفته شدند. کاتالیست بهینه سنتز شده با استفاده از روش های تحلیلی مانند   XDE,BET,XRD   EMوFT-IR مورد شناسایی و مشخصه یابی قرار گرفتند.نتایج حاصل از XRD نشان داد که کاتالیست از فاز بلوری مکعبی فلوریت تشکیل شده است و الگوی   XRDو تصاویر SEM   نشان داد که کاتالیست از ذراتی با اندازه 10-15 نانومتر ساخته شده است. همچنین سطح ویژه کاتالیست 6.87 m²/g اندازه گیری شده است که نشان دهنده ساختار مناسب کاتالیست برای فرآیند ترانس استریفیکاسیون است. در شرایط بهینه بازده تولید به 98.6% در دمای کلسینه 650?، زمان کلسیناسیون 3 ساعت، دمای واکنش 60 درجه سانتی گراد و زمان انجام واکنش سنتز بیودیزل 4 ساعت، در نسبت مولی الکل به روغن 15:1 و درصد وزنی کاتالیست 5%به دست آمد. همچنین سنیتیک و ترمودینامیک واکنش سنتز بیودیزل با روغن کلزا با کاتالیست Ce-La/Ca نیز مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمایش های سینتیکی و ترمودینامیکی نشان داد که این کاتالیست توانایی بالایی در تسهیل واکنش تبادل استری دارد و در شرایط بهینه مانند نسبت مولی الکل به روغن 15:1، غلظت کاتالیست 5% وزنی ، دمای واکنش 60?   و زمان 4 ساعت ، درصد تبدیل قابل توجهی را به دست می دهد. علاوه بر این امکان بازیابی و استفاده مجدد از کاتالیست در چهار چرخه واکنش بدون کاهش چشمگیر فعالیت کاتالیستی، یکی از مزایای برجسته این سیستم محسوب می شود که از نظر اقتصادی و زیست محیطی اهمیت ویژه ای دارد. در ادامه، محاسبات کوانتومی با نرم افزار گوسین و شبیه سازی مولکول بیودیزل با نرم افزار لمپس انجام گرفت. با استفاده از محاسبات کوانتومی شکل مولکول بیودیزل در حالت بهینه بدست امد. کمیتهایی مانند طول پیوند، زاویه پیوندها و... با استفاده از محاسبات کوانتومی بدست امدند. در ادامه ساختار الکترونی بیودیزل بدست امد. سپس با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی خواص ساختاری مانند دانسیته، تابع توزیع شعاعی تابع توزیع فضایی و خواص داینامیکی مانند MSD و نفوذ به دست آمدند. نتایج شبیه سازی نشان داد که دانسیته بدست امده از شبیه سازی با دانسیت تجربی حدود   g/m30.03 اختلاف دارد. که میتواند نشان دهنده درست بودن شبیه سازی باشد. نتایج تابع توزیع شعاعی نشان داد که در این مولکول برهمکنشهای گروه کربونیل با اکسیژن از بقیه بیشتر است.

   وجود فلزات سنگین[1] در آب های آشامیدنی اثرات مضر و مخربی بر سلامت انسان دارد. آهن یکی از یون های فلزی است که مقدار آن در کیفیت آب تاثیر میگذارد. سازمان بهداشت جهانی[2]، مقدار مجاز آهن در آب های آشامیدنی راmg/L   3/0 اعلام کرده است. اگر غلظت آهن بیشتر شود، طعم نامطبوعی به آب داده و همچنین غلظت های بیشتر، نشان دهنده وجود پساب های صنعتی و دور ریز کارخانه جات میباشد. در قسمت اول این کار تحقیقاتی از روش ساده و گزینش پذیر، رنگ سنجی برای اندازه‌گیری یون‌های آهن(II) و آهن(III) استفاده شد. در کار اول به منظور تشخیص آهن(II) در نمونه‌ های آب مناطق مختلف از حسگر رنگ سنجی کاغذی و مبتنی بر نانوسلولز و فنانترولین هم چنین حسگر رنگ سنجی در بستر شیشه ای، استفاده شد. تصاویر ثبت شده از نمونه‌ ها   با نرم افزار Image Analysis مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت تا شاخص رنگ قرمز (R)، سبز (G) و آبی (B) به دست آمد. منحنی کالیبراسیون در محدوده غلظتی،   M3-10×0/1 - 5-10×0/1 با حد تشخیص،   M6-10×75/8 خطی بود. انحراف استاندارد نسبی این روش برای هر چهار نمونه، کمتر از 2% و خطای نسبی، کمتر از 20% بود. در کار دوم، برای تشخیص آهن(III) در ساخت حسگر رنگ سنجی، از نقاط کربنی برای کاهش آهن(III) به آهن(II) و تشکیل کمپلکس قرمز استفاده شد. منحنی رسم شده در محدوده غلظتی،   M3-10×0/1- 5-10×0/1 و حد تشخیص، M6-10×5/6 خطی بود. انحراف استاندارد نسبی کمتر از %5/1 و خطای نسبی برای آب محله معلم، % 1/9 ، رودخانه های چم بشیر و طاق بستان ، % 4/21 ، % 7/7 بود. هم چنین برای اندازه‌گیری مقدار آهن موجود در نمونه های سنگ از روش پیشنهادی استفاده شد. درصد آهن در نمونه اول، %11/0 و در نمونه دوم، %44/0 بود. خطای نسبی برای نمونه اول، 25% و برای نمونه دوم % 3/3 بود. امروزه یکی از متداول ترین روش های نگهداری از مواد غذایی خشک شده، استفاده از سولفیت می باشد. سولفیت علاوه بر نگهداری طولانی مدت، در حفظ رنگ مواد غذایی نیز موثر است. سازمان های بهداشت جهانی[3] و غذا و کشاورزی[4] مقدار مصرف روزانه قابل قبول سولفیت را برای بزرگسالان mg/Kg 7/0 وزن بدن و مقدار مجاز سولفیت در مواد غذایی حداکثر ppm10 تعیین کرده اند. در قسمت دوم این مطالعه، از تغییر رنگ مشاهده شده به علت کاهش آهن(III) به آهن(II) و تشکیل کمپلکس قرمز آهن(II) با فنانترولین برای شناسایی و اندازه گیری سولفیت استفاده شد. در کار اول از حسگر کاغذی به منظور شناسایی و اندازه‌گیری سولفیت، در نمونه‌های غذایی مانند آلو، زردآلو و کشمش استفاده شد. تصاویر ثبت شده از نمونه‌ ها   با نرم افزار Image   Analysis   مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت تا شاخص رنگ قرمز (R)، سبز (G) و آبی (B) به دست آمد. منحنی کالیبراسیون در محدوده های غلظتی   M4-10×0/1- 5-10×0/1 و M2-10×0/1- 4-10×0/3 خطی و حد تشخیص M 6-10×5/4 بود. انحراف استاندارد نسبی برای هر سه نمونه کمتر از %2 و خطای نسبی کمتر از %15 بدست آمد. در کار دوم، از حسگر کاغذی به منظور تشخیص رنگ سنجی سولفیت در فاز گازی (سولفور دی اکسید) استفاده شد. برای تشکیل گاز، از هیدورکلریک اسید استفاده و برای جلوگیری از خروج گاز از چسب نواری استفاده شد. بعد از 5 دقیقه تغییر رنگ مشاهده شد. منحنی کالیبراسیون در محدوده غلظتی   M1-10×0/1- 4-10×0/1 خطی و حد تشخیص   M 5-10×0/9 بود. درصد خطای نسبی برای نمونه ها کمتر از 10% بدست آمد.

در فصل 1، مصرف رو به رشد سوخت‌های فسیلی متعارف و آلودگی محیطی همراه با آن، جامعه جهانی را در مقیاس بی‌سابقه‌ای تحت تاثیر قرار می‌دهد. در نتیجه، یک نیاز کاملاً ضروری برای تنظیم اساسی چشم‌انداز انرژی جهان و ساختن سیستم‌های انرژی مدرن پاک، کم کربن، ایمن و کارآمد وجود دارد. به عنوان یک سوخت شیمیایی پاک ایده آل با چگالی انرژی گرانشی عالی و راندمان تبدیل انرژی، انتظار می رود انرژی هیدروژن یک کاندید عالی برای جایگزینی سوخت های فسیلی سنتی باشد. تقسیم آب الکتروشیمیایی به عنوان یکی از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌های تولید هیدروژن در نظر گرفته می‌شود و می‌تواند از برق تولید شده از طریق منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، نیروی باد، انرژی زمین گرمایی و انرژی زیستی برای تشکیل یک حلقه بسته از انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده کند. . متاسفانه، کاربرد تجاری در مقیاس بزرگ تقسیم آب الکتروشیمیایی مشمول سه محدودیت زیر است: (1) مازاد پتانسیل بزرگتر از مقدار نظری (1.23 ولت) مورد نیاز برای راه اندازی تقسیم آب کلی. (2) پایداری ضعیف مواد الکترود. و (iii) هزینه بالا ناشی از کمبود الکتروکاتالیست های فلزات نجیب. تا به امروز، کاتالیزورهای الکتریکی معیار برای واکنش تکامل هیدروژن (HER) و واکنش تکامل اکسیژن (OER) مواد فلزی نجیب مبتنی بر گروه Pt و Ru/Ir با پتانسیل‌های اضافی کوچک و شیب‌های کم تافل هستند. این فلزات نجیب ممکن است از انحلال، تجمع و دوام ضعیف در طول فرآیند شکافتن آب رنج ببرند. طراحی الکتروکاتالیست هایی با فعالیت الکتروکاتالیستی بالا برای کاهش مازاد پتانسیل و بهبود راندمان تجزیه آب از اهمیت بالایی برخوردار است.