DSpace Collection:

Synthesis of Ni, Co and Fe based catalysts for methane decomposition into hydrogen and carbon nanomaterials

Wed, 30 Apr 2014 00:00:00 GMT

Title: Synthesis of Ni, Co and Fe based catalysts for methane decomposition into hydrogen and carbon nanomaterials Authors: Pudukudy Manoj (P64527) Description: The non-oxidative thermocatalytic decomposition of methane into COx-free hydrogen and nanocarbon has attracted recent research interest, due to the concern of zero emission of greenhouse gases and the bulk production of carbon nanomaterials. In this work, several set of novel catalysts were synthesized, characterized and their catalytic activity was evaluated for methane decomposition. The nanocarbon deposited over the catalysts was further characterized. The Ni, Co and Fe based monometallic catalysts supported on sol gel derived silica microflakes were found to be highly active and stable for the reaction. The scanning electron microscopy images indicated the fine dispersion of various agglomerated metal oxide nanostructures on the surface of silica microflakes. A maximum hydrogen yield of 74% was obtained for the Ni catalyst, with a slight deactivation with time on stream. The Co and Fe based catalysts were found to be less active but more stable than Ni catalyst. Uniform multi-walled carbon nanotubes, metal encapsulated carbon particles and multilayer graphene sheets were deposited over the Ni, Co and Fe catalysts respectively. However, the carbon nanotubes deposited over Ni catalyst showed higher graphitization degree, oxidation stability and crystallinity. The next set of catalysts contains Ni, Co and Fe based bimetallic systems supported over mesoporous silica, SBA-15. The fine dispersion of metal oxide nanostructures on the surface of SBA-15, without affecting its mesoporous texture was clearly shown by the TEM and low angle XRD analysis. The N2 sorption analysis revealed the reduced surface area and pore volume of SBA-15, after metal loading, due to the filling/blockage of mesopores by metal species. The results of methane decomposition experiments indicated that, all of the bimetallic catalysts were highly active and stable for the production of hydrogen and nanocarbon at 700°C, providing a high catalytic stability by the CoFe/SBA-15 catalyst. A new set of open tip multi-walled nanotubes were deposited over the catalysts. In order to study the effect of reaction parameters, a response surface methodology was employed over Ni/SBA-15 catalyst using central composite design (CCD). The effect of reaction temperature, methane flow rate and catalyst weight on the hydrogen yield was investigated. Using multiple regression analysis, the experimental results of hydrogen yield was found to be fit with the quadratic polynomial model with an acceptable R 2 value of 0.9494. The quadratic polynomial model satisfied the variables within the selected variable range. The response predicted from the optimum conditions was found to be related with the experimental response, with a mean error of 4.38 %. The catalytic activity of Ni/SBA-15 catalyst promoted with Pd was investigated for the reaction, to get better efficiency. The characterization results showed that, Pd deposition increased the crystallinity of NiO and its fine dispersion, increased the specific surface area and decreased the reduction temperature of NiO. Moreover, the Pd addition increased the efficiency of reaction. No deactivation was observed until 420 min of time on stream for all of the catalysts, indicating the high stability of the Ni/SBA-15. Multiwalled carbon nanotubes with open tips were deposited over the catalysts, irrespective of the role of Pd and its loading, due to the strong metal support interaction aroused by encapsulation of metals in the hexagonal mesopores of SBA- 15. In conclusion, it can be said that the as-prepared catalysts were highly effective for the reaction, in terms of its catalytic activity, stability and the growth of carbon.,Ph.D

Kesan emas terhadap aktiviti fotoelektrokimia WO3 dengan tambahan penderma fotodegradasi

Thu, 13 Jul 2017 00:00:00 GMT

Title: Kesan emas terhadap aktiviti fotoelektrokimia WO3 dengan tambahan penderma fotodegradasi Authors: Nurul Akmal Jaafar (P75105) Description: Hidrogen adalah dianggap sebagai sumber tenaga yang sesuai bagi menggantikan kebergantungan terhadap bahan api fosil. Penghasilan hidrogen melalui proses fotoelektrokimia (PEC) yang menggunakan air dan tenaga suria dengan kehadiran fotomangkin adalah kaedah yang lebih baik berbanding kaedah semasa iaitu melalui pembentukan semula stim metana (methane steam reforming) yang membebaskan bahan yang mencemar alam sekitar. Namun begitu, bahan semikonduktor yang sesuai sebagai fotomangkin adalah cabaran utama dalam bidang ini. Masalah utama yang dihadapi oleh bahan fotomangkin ialah penggabungan semula elektron-lohong yang terhasil semasa proses radiasi dan kebanyakan fotomangkin yang sedia ada mempunyai jurang jalur yang besar. Oleh itu, untuk mengatasi masalah ini, nanopartikel emas (Au) telah digunakan untuk meningkatkan aktiviti foto bahan semikonduktor WO3 di dalam kajian ini. Disamping itu, bahan tambahan metanol dan asid formik telah digunakan sebagai penderma bagi proses fotodegradasi di dalam elektrolit. Filem semikonduktor WO3 telah dihasilkan diciri dengan menggunakan mikroskopi elektron imbasan (SEM), spektrofotometer ultralembayung dan cahaya nampak (UV-Vis), dan diffraktometer belauan sinar-X (XRD). Pengukuran data PEC dijalankan dengan menggunakan sistem konvensional tiga elektrod yang terdiri dari fotoelektrod (WO3 dan WO3/Au), elektrod kalomel tepu (SCE), dan platinum masing-masing sebagai elektrod kerja, elektrod rujukan dan elektrod lawan. Filem WO3 dihasilkan melalui kaedah elektroendapan dengan potensi malar di dalam asid peroksotungstik sebagai larutan prekursor. Manakala, nanopartikel Au dimuatkan di atas filem WO3 melalui kaedah pemercikan, elektroendapan dengan arus malar dan potensi malar di dalam emas klorida sebagai larutan prekursor. Imej SEM menunjukkan morfologi permukaan filem yang padat. Selepas filem WO3 dimuatkan dengan Au, beberapa butiran nanopartikel Au dapat dilihat pada permukaan filem. Manakala, berdasarkan data UV-Vis, jurang jalur filem WO3 dengan muatan nanopartikel Au yang dihasilkan dengan kaedah elektroendapan tidak berubah dengan ketara berbanding filem WO3 tulen iaitu ~2.6 eV. Spektrum XRD pula menunjukkan keamatan isyarat yang lebih tinggi bagi filem WO3 yang dimuatkan dengan Au berbanding filem WO3 tulen dengan puncak monoklinik WO3 dapat dilihat pada sudut 23.3°, 23.8°, 24.4°. Keputusan PEC menunjukkan fotoarus dengan muatan Au diatas filem WO3 meningkat sebanyak dua kali ganda berbanding filem WO3 tulen dan fotoarus yang dihasilkan juga meningkat lebih tinggi dengan penambahan penderma fotodegradasi.,Ph.D.

Fabrikasi dan pencirian fotoelektrod dwilapisan n-n dan n-p untuk penguraian air dan bahan organik secara fotoelektrokimia

Mon, 18 Jul 2016 00:00:00 GMT

Title: Fabrikasi dan pencirian fotoelektrod dwilapisan n-n dan n-p untuk penguraian air dan bahan organik secara fotoelektrokimia Authors: Ng Kim Hang (P70013) Description: Tindak balas pembelahan molekul air secara fotoelektrokimia merupakan satu kaedah yang ideal untuk menghasilkan gas hidrogen tanpa penghasilan gas rumah hijau. Walau demikian, proses ini mengalami isu terutama dalam kecekapan dan kestabilan fotoelektrod. Dalam kajian ini, fotoelektrod semikonduktor dwilapisan n-n dan n-p berasaskan tungsten trioksida (WO3) telah disediakan di atas kaca FTO (stanum oksida terdop fluorin). Ferum oksida (Fe2O3) telah dilapiskan di atas permukaan WO3 dengan kaedah pengendapan rendaman kimia manakala kuprus oksida (Cu2O) dilapiskan dengan kaedah elektroendapan. Fotoelektrod yang dihasilkan dikalsin di dalam udara selama 30 minit. Kesemua fotoelektrod ini telah dicirikan dengan kaedah XRD, SEMEDX dan spektroskopi UV-Vis. Aktiviti fotomangkin kesemua fotoelektrod untuk menghasilkan fotoarus telah dikaji dengan menggunakan sel fotoelektrokimia di dalam larutan 0.5 M Na2SO4 dan 0.5 M KOH, menggunakan platinum sebagai elektrod pelengkap dan SCE (elektrod kalomel tepu) sebagai elektrod rujukan. Metanol, formaldehid dan asid formik juga ditambahkan ke dalam ujian fotoelektrokimia sebagai penderma elektron untuk peningkatan prestasi fotoelektrod dalam penghasilan fotoarus. Daripada diffraktogram XRD, puncak utama WO3, Cu2O dan CuO telah diperhatikan. Puncak utama Fe2O3 tidak dapat diperhatikan kerana lapisan Fe2O3 yang dihasilkan adalah nipis dan saiz partikel adalah kecil. Anjakan pada puncak utama Cu2O dan CuO telah berlaku pada sampel fotoelektrod WO3/Cu2O dan WO3/CuO menunjukkan pengedopan tungsten telah berlaku semasa proses elektroendapan Cu2O. Selain itu, mikrograf SEM menunjukkan morfologi WO3 berubah selepas endapan lapisan semikonduktor Fe2O3, Cu2O dan CuO. Analisis EDX telah membuktikan kewujudan elemen Fe dan Cu di atas permukaan WO3. Tambahan pula, julat penyerapan tenaga cahaya fotoelektrod juga telah dipertingkatkan daripada 450 nm kepada 550 nm dengan penambahan lapisan Fe2O3 dan Cu2O. Penyerapan tenaga cahaya didapati dipertingkatkan kepada 700 nm dengan penambahan lapisan CuO. Pengujaan elektron dapat berlaku dengan tenaga yang lebih rendah. Ujian fotoelektrokimia menunjukkan fotoelektrod dwilapisan dapat menghasilkan ketumpatan fotoarus yang lebih tinggi berbanding fotoelektrod satu lapisan. Fotoarus yang dihasilkan oleh fotoelektrod n-n WO3/Fe2O3 (1.25 mA/cm2) adalah dua kali ganda lebih tinggi berbanding dengan fotoelektrod WO3 (0.66 mA/cm2). Fotoarus ini telah dipertingkatkan kepada 2.05 mA/cm2 apabila 1.0 M metanol digunakan sebagai penderma elektron. Fotoarus mencapai maksimum, iaitu 2.29 mA/cm2 apabila 1.0 M asid formik digunakan sebagai penderma elektron. Selain itu, fotoelektrod dwilapisan n-p WO3/Cu2O telah menghasilkan fotoarus yang tertinggi dalam tindak balas pembelahan molekul air (-2.23 mA/cm2). Ini menunjukkan bahawa fotoelektrod WO3/Cu2O yang dihasilkan ini bukan sahaja satu kombinasi baru yang amat cekap dalam tindak balas fotoelektrokimia, ia juga satu-satunya fotoelektrod dwilapisan WO3 yang boleh bertindak sebagai fotokatod. Mekanisme pemindahan cas yang berlaku pada fotoelektrod dwilapisan n-p ini juga dibukti dalam bentuk skema Z. Walau demikian, fotoelektrod dwilapisan n-p WO3/Cu2O ini didapati tidak aktif dalam tindak balas penguraian bahan organik.,Ph.D.

Prestasi lapisan berliang nano-gentian karbon untuk sokongan elektrod anod sel fuel metanol langsung pasif

Sat, 20 Aug 2016 00:00:00 GMT

Title: Prestasi lapisan berliang nano-gentian karbon untuk sokongan elektrod anod sel fuel metanol langsung pasif Authors: Azran Mohd Zainoodin (P54766) Description: Sel Fuel Metanol Langsung (DMFC) berpotensi untuk menyelesaikan masalah krisis tenaga bagi peranti mudah-alih. Walau bagaimanapun, pengkomersialan DMFC masih terbatas oleh masalah pemindahan jisim yang rendah, kinetik anod yang lembab dan lintasan metanol, yang menyebabkan keracunan serius terhadap mangkin dan pengurangan kecekapan sel. Media penyebaran memainkan peranan penting pada penyebaran bahan tindak balas dan pengurusan air, strukturnya juga mengawal penggunaan mangkin dan prestasi sel keseluruhan. Oleh itu, kajian ini memberi tumpuan kepada pengubahsuaian lapisan berliang (PL) dalam usaha untuk meningkatkan pemindahan jisim dan aktiviti mangkin. Nano-gentian karbon (CNF) dipilih sebagai bahan utama untuk menghasilkan PL melalui kaedah pemendakan. Struktur geometri CNF yang berliang-meso akan membantu meningkatkan pemindahan jisim bahan tindak-balas dan juga luas permukaannya yang tinggi akan meningkatkan aktiviti mangkin. Kesan kandungan CNF dan larutan nafion dalam PL CNF terhadap hasil keluaran kuasa himpunan membran elektrod (MEA) telah dikaji menggunakan Kaedah Respons Permukaan (RSM). Ujian prestasi sel tunggal DMFC pasif dilakukan dengan menggunakan PL CNF sebagai sokongan elektrod anod. Pelbagai kaedah uji kaji dan teknik pencirian konvensional digunakan untuk mengkaji sifat PL CNF. Ujian ketahanan juga dijalankan dengan tiga mod operasi yang berbeza; mod operasi berterusan dengan beban malar (LT1), operasi buka-tutup dengan beban malar (LT2) dan operasi buka-tutup dengan beban berubah (LT3) berterusan selama 3000 j. Sel tindanan DMFC pasif dalam reka bentuk eka-kutub dan dwi-sel dibandingkan dan diuji prestasi serta kecekapannya. Model kuadratik dibangunkan dan analisis varians (ANOVA) menunjukkan bahawa model tersebut mempunyai padanan yang baik dengan data uji kaji. Ujian pengesahan menunjukkan ralat yang kecil (< 5 %) di antara jangkaan model (22.6 mW cm-2) dan uji kaji. Sel tunggal MEA dengan PL CNF memberikan ketumpatan kuasa maksimum 23.0 mW cm-2 pada ketumpatan arus 88.0 mA cm-2 dengan 3.0 M larutan metanol. Analisis morfologi menunjukkan lapisan padat terbentuk pada permukaan lapisan sokongan tanpa retakan dan memberikan serakan mangkin yang sekata. Hasil analisis elektrokimia menunjukkan bahawa elektrod dengan PL CNF memberikan ketumpatan arus tertinggi. Kemerosotan prestasi pada mod LT1 adalah lebih teruk daripada LT2 dan LT3. Penurunan ketumpatan kuasa adalah masing-masing 49.5 % (LT1), 28.4 % (LT2) dan 43.7 % (LT3). Tindanan DMFC pasif eka-kutub memberi prestasi keluaran kuasa 23.8 % lebih tinggi daripada reka bentuk tindanan dwi-sel. Kecekapan Faraday menunjukkan hanya 35 % metanol digunakan sepenuhnya dengan kadar kecekapan tenaga sebanyak 10 % sepanjang uji kaji kebolehulangan semula pada arus nyahcas malar. Keputusan uji kaji ini menunjukkan potensi besar CNF sebagai lapisan berliang elektrod anod untuk DMFC pasif.,Ph.D.