Published November 1, 2023
| Version v1
Publication
Open
Indoor water splitting for hydrogen production through electrocatalysis using composite metal oxide catalysts
Creators
- 1. University of Faisalabad
- 2. University of Agriculture Faisalabad
- 3. Najran University
- 4. National University
- 5. Sudan University of Science and Technology
Description
This study explores an optimistic approach for large-scale hydrogen production by employing electrocatalysts based on nickel, cobalt, iron, and aluminum oxides as alternatives to costlier metals. This approach offers a cost-effective solution to electrolysis in water media for hydrogen production. This investigation is focused on the electrolysis process, engaging NiO–Al2O3–CoO–Fe2O3 in 1M solution of NaOH and KOH. The environmental and economic analyses are conducted to evaluate the overall effect and cost-effectiveness of the electrolysis process. These findings provide valuable insights into the performance, feasibility, and challenges of using oxides of aluminum, nickel, iron, and cobalt in electrolysis for hydrogen production. The structural and morphological analyses of metal oxides are conducted using XRD and SEM tools, which showed reduced crystallinity and open pore structure of the samples. Cyclic Voltammetry (CV), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), and Linear Sweep Voltammetry (LSV) revealed a higher electrocatalytic activity, a larger electrochemical active surface area, a higher current density, and a high density of active sites of NiO–Al2O3–CoO–Fe2O3 composite. Electrode 1 of the composite catalyst produced 500 ml of hydrogen after 30 min of the process, while electrodes 2 and 3 produced 263 and 249 ml of hydrogen, respectively. This study also elucidated the electrocatalytic mechanism involved in water splitting using these composite materials.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تستكشف هذه الدراسة نهجًا متفائلًا لإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع من خلال استخدام المحفزات الكهربائية القائمة على أكاسيد النيكل والكوبالت والحديد والألومنيوم كبدائل للمعادن الأكثر تكلفة. يوفر هذا النهج حلاً فعالاً من حيث التكلفة للتحليل الكهربائي في الوسائط المائية لإنتاج الهيدروجين. يركز هذا التحقيق على عملية التحليل الكهربائي، وإشراك NiO - Al2O3 - CoO - Fe2O3 في محلول 1M من NaOH و KOH. يتم إجراء التحليلات البيئية والاقتصادية لتقييم التأثير العام والفعالية من حيث التكلفة لعملية التحليل الكهربائي. توفر هذه النتائج رؤى قيمة حول أداء وجدوى وتحديات استخدام أكاسيد الألومنيوم والنيكل والحديد والكوبالت في التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين. يتم إجراء التحليلات الهيكلية والمورفولوجية لأكاسيد المعادن باستخدام أدوات XRD و SEM، والتي أظهرت تبلورًا منخفضًا وبنية مسامية مفتوحة للعينات. كشف قياس الجهد الكهربي الدوري (CV)، والتحليل الطيفي للمعاوقة الكهروكيميائية (EIS)، وقياس الجهد الكاسح الخطي (LSV) عن نشاط كهروكيميائي أعلى، ومساحة سطح نشطة كهروكيميائية أكبر، وكثافة تيار أعلى، وكثافة عالية من المواقع النشطة لمركب NiO - Al2O3 - CoO - Fe2O3. أنتج القطب 1 من المحفز المركب 500 مل من الهيدروجين بعد 30 دقيقة من العملية، بينما أنتج القطبان 2 و 3 263 و 249 مل من الهيدروجين، على التوالي. كما أوضحت هذه الدراسة آلية التحفيز الكهربائي المشاركة في تقسيم المياه باستخدام هذه المواد المركبة.Translated Description (French)
Cette étude explore une approche optimiste pour la production d'hydrogène à grande échelle en utilisant des électrocatalyseurs à base d'oxydes de nickel, de cobalt, de fer et d'aluminium comme alternatives aux métaux plus coûteux. Cette approche offre une solution rentable à l'électrolyse dans les milieux aqueux pour la production d'hydrogène. Cette étude se concentre sur le processus d'électrolyse, en engageant NiO–Al2O3–CoO–Fe2O3 dans une solution 1M de NaOH et KOH. Les analyses environnementales et économiques sont menées pour évaluer l'effet global et le rapport coût-efficacité du processus d'électrolyse. Ces résultats fournissent des informations précieuses sur les performances, la faisabilité et les défis de l'utilisation d'oxydes d'aluminium, de nickel, de fer et de cobalt dans l'électrolyse pour la production d'hydrogène. Les analyses structurelles et morphologiques des oxydes métalliques sont menées à l'aide d'outils DRX et MEB, qui ont montré une cristallinité réduite et une structure à pores ouverts des échantillons. La voltammétrie cyclique (CV), la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) et la voltammétrie à balayage linéaire (LSV) ont révélé une activité électrocatalytique plus élevée, une plus grande surface active électrochimique, une densité de courant plus élevée et une densité élevée de sites actifs du composite NiO-Al2O3-CoO-Fe2O3. L'électrode 1 du catalyseur composite a produit 500 ml d'hydrogène après 30 min du procédé, tandis que les électrodes 2 et 3 ont produit 263 et 249 ml d'hydrogène, respectivement. Cette étude a également élucidé le mécanisme électrocatalytique impliqué dans le fractionnement de l'eau à l'aide de ces matériaux composites.Translated Description (Spanish)
Este estudio explora un enfoque optimista para la producción de hidrógeno a gran escala mediante el empleo de electrocatalizadores basados en óxidos de níquel, cobalto, hierro y aluminio como alternativas a los metales más costosos. Este enfoque ofrece una solución rentable a la electrólisis en medios de agua para la producción de hidrógeno. Esta investigación se centra en el proceso de electrólisis, involucrando NiO–Al2O3–CoO–Fe2O3 en una solución 1M de NaOH y Koh. Los análisis ambientales y económicos se realizan para evaluar el efecto general y la rentabilidad del proceso de electrólisis. Estos hallazgos proporcionan información valiosa sobre el rendimiento, la viabilidad y los desafíos del uso de óxidos de aluminio, níquel, hierro y cobalto en la electrólisis para la producción de hidrógeno. Los análisis estructurales y morfológicos de los óxidos metálicos se realizan utilizando herramientas XRD y SEM, que mostraron una cristalinidad reducida y una estructura de poros abiertos de las muestras. La voltametría cíclica (CV), la espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) y la voltametría de barrido lineal (LSV) revelaron una mayor actividad electrocatalítica, una mayor área de superficie activa electroquímica, una mayor densidad de corriente y una alta densidad de sitios activos de NiO–Al2O3–CoO–Fe2O3 compuesto. El electrodo 1 del catalizador compuesto produjo 500 ml de hidrógeno después de 30 minutos del proceso, mientras que los electrodos 2 y 3 produjeron 263 y 249 ml de hidrógeno, respectivamente. Este estudio también dilucidó el mecanismo electrocatalítico involucrado en la división del agua utilizando estos materiales compuestos.Files
115024_1_5.0179459.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تقسيم المياه الداخلية لإنتاج الهيدروجين من خلال التحفيز الكهربائي باستخدام محفزات أكسيد الفلز المركب
- Translated title (French)
- Fractionnement de l'eau intérieure pour la production d'hydrogène par électrocatalyse à l'aide de catalyseurs d'oxydes métalliques composites
- Translated title (Spanish)
- Separación de agua en interiores para la producción de hidrógeno a través de electrocatálisis utilizando catalizadores de óxidos metálicos compuestos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4388871238
- DOI
- 10.1063/5.0179459
References
- https://openalex.org/W1972384764
- https://openalex.org/W1998016055
- https://openalex.org/W2000821387
- https://openalex.org/W2008889244
- https://openalex.org/W2025477963
- https://openalex.org/W2029388651
- https://openalex.org/W2031681137
- https://openalex.org/W2034332199
- https://openalex.org/W2054639384
- https://openalex.org/W2055395736
- https://openalex.org/W2065139675
- https://openalex.org/W2067288314
- https://openalex.org/W2067964224
- https://openalex.org/W2076604356
- https://openalex.org/W2083535626
- https://openalex.org/W2088597711
- https://openalex.org/W2093049046
- https://openalex.org/W2093779538
- https://openalex.org/W2109834956
- https://openalex.org/W2289586987
- https://openalex.org/W2303765565
- https://openalex.org/W2414288792
- https://openalex.org/W2494830553
- https://openalex.org/W2517411669
- https://openalex.org/W2576289098
- https://openalex.org/W2600566367
- https://openalex.org/W2606672977
- https://openalex.org/W2616435113
- https://openalex.org/W2732726043
- https://openalex.org/W2804846127
- https://openalex.org/W2805618566
- https://openalex.org/W2808955735
- https://openalex.org/W2810441733
- https://openalex.org/W2884885140
- https://openalex.org/W2888125243
- https://openalex.org/W2895052822
- https://openalex.org/W2896003873
- https://openalex.org/W2942167601
- https://openalex.org/W2944036335
- https://openalex.org/W2947360539
- https://openalex.org/W2948592051
- https://openalex.org/W2970603661
- https://openalex.org/W2986432143
- https://openalex.org/W3016407157
- https://openalex.org/W3191746234
- https://openalex.org/W3192397906
- https://openalex.org/W4220894175
- https://openalex.org/W4316652308
- https://openalex.org/W4365453352
- https://openalex.org/W900065476