Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 137-159.

Zirconia is a promising candidate for many applications, especially when stabilized with metal oxide nanoparticles such as yttria and ceria. Zirconium oxide-based materials supported on carbon nanomaterials have shown excellent performance as electro-catalysts due to their outstanding catalytic activities and high stability. In this work, a one-pot hydrothermal method was used to prepare porous stabilized zirconia nanoparticles with yttria and ceria (YSZ and CSZ) anchored on carbon nanosheets (MCNSs) derived from molasses fiber waste as a sustainable source and annealing at various temperatures under Ar. The prepared composites YSZ/MCNSs and CSZ/MCNSs exhibit superior oxygen evolution reaction (OER) performance in alkaline medium. Various physicochemical analysis techniques such as SEM, EDX, HR-TEM, XRD, XPS and BET are employed to characterize the designed catalysts. The results show that the doping of molasses fibers exfoliated into 2D nanosheets controlled the growth of the YSZ and CSZ particles into the nanosize and increased their crystallinity. This improves the electrochemical surface area (ECSA) and stability, and modulates the electronic structure of zirconium, yttrium and cerium which facilitate the adsorption of OH- ions, and all contribute to the higher catalytic activity.

تعتبر الزركونيا مرشح واعد للعديد من التطبيقات خاصة عندما يتم دعم استقرارها بواسطة أكاسيد الفلزات كالإتريا والسيريا. وقد أظهر أكسيد الزركونيوم المدعم بمواد الكربون النانومترية أداءً مميزاً كمحفزات كهربائية بسبب ثباتيته ونشاطه الحفزي العالي. في هذا العمل, تم تحضير جسيمات الزركونيا النانومترية مع الإتريا والسيريا المرتكزة على ألواح الكربون النانومترية المشتقة من ألياف قصب السكر كمصدر مستدام للطاقة بواسطة الطريقة الحرارية المائية والتلدين عند درجات حرارة مختلفة في وسط خامل من غاز الأرجون. أظهرت هذه المتراكبات أداء مميز كعوامل حفازة في تفاعل إنتاج الأكسجين في الوسط القلوي. وقد تم توصيف هذه العوامل الحفازة بواسطة التحاليل الفيزيائية والكيميائية المتنوعة كحيود الأشعة السينية، والمجهر الإلكتروني النافذ، والمجهر الإلكتروني الماسح، طيف الأشعة الإلكتروضوئية، وقياسات مساحة السطح. وقد أظهرت النتائج أن ألياف الكربون المستخلصة من قصب السكر التي تم تقشيرها لتصبح ألواح كربون نانومترية ثنائية الأبعاد، لها القدرة على التحكم في نمو جسيمات الإتريا- زركونيا المستقر والسيريا- زركونيا المستقر لتصبح في الحجم النانوي وبالتالي كانت السبب وراء زيادة درجة التبلور. وهذا أدى إلى تحسين مساحة السطح الكهروكيميائية وثبات الأداء مما أدى إلى تعديل التركيب الإلكتروني للزركونيوم والإتريوم والسيريوم مما سهل عملية إمتزاز أيونات الهيدروكسيد على سطح العامل الحفاز، وكل ذلك أدى إلى هذا النشاط الحفزي المميز لهذه العوامل الحفازة.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.