Σύγκριση μονοδιάστατων και δισδιάστατων μοντέλων με αξονοσυμμετρία για την προσομοίωση ηλεκτροχημικών πειραματικών μετρήσεων και τον προσδιορισμό κινητικών μεγεθών

Αντωνίου, Μαρία; Antoniou, Maria

dc.contributor.author	Αντωνίου, Μαρία	el
dc.contributor.author	Antoniou, Maria	en
dc.date.accessioned	2022-11-16T08:11:05Z
dc.date.available	2022-11-16T08:11:05Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56137
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23835
dc.rights	Default License
dc.subject	Electrochemical measurement simulation	en
dc.subject	One-dimensional models	en
dc.subject	Two-dimensional models with axial asymmetry	en
dc.subject	Cyclic Voltammetry	en
dc.subject	Rotating Disk Electrode	en
dc.subject	Προσομοίωση ηλεκτροχημικών μετρήσεων	el
dc.subject	Μονοδιάστατα μοντέλα	el
dc.subject	Μοντέλα δύο διαστάσεων με αξονοσυμμετρία	el
dc.subject	Κυκλική βολταμμετρία	el
dc.subject	Περιστρεφόμενο ηλεκτρόδιο δίσκου	el
dc.title	Σύγκριση μονοδιάστατων και δισδιάστατων μοντέλων με αξονοσυμμετρία για την προσομοίωση ηλεκτροχημικών πειραματικών μετρήσεων και τον προσδιορισμό κινητικών μεγεθών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Simulation of experimental electrochemical measurements with one-dimensional and two-dimensional models with axial symmetry	en
heal.classification	Φυσικοχημεία	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-07
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη της επίδρασης της επιφάνειας του ηλεκτροδίου εργασίας στις τιμές των κινητικών μεγεθών που χαρακτηρίζουν μια ηλεκτροχημική αντίδραση, σε κελιά με αξονική συμμετρία. Η επίδραση της ακτίνας του ηλεκτροδιακού δίσκου διερευνάται με τη βοήθεια του υπολογιστικού εργαλείου COMSOL Μultiphysics ® v4.4, με προσομοίωση πειραμάτων κυκλικής βολταμμετρίας, βολταμμετρίας συνέλιξης και βολταμμετρίας περιστρεφό- μενου δίσκου. Ο προσδιορισμός μιας φυσικοχημικής ποσότητας στη βιβλιογραφία, όπως η κινητική σταθερά, γίνεται βάσει αναλυτικών σχέσεων της εξάρτησης μιας παρατηρούμενης τιμής, όπως π.χ. το πλάτος κορυφής του βολταμμογραφήματος από μια παράμετρο ελέγχου, όπως π.χ. η ταχύτητα σάρωσης δυναμικού. Πολύ συχνά οι σχέσεις αυτές προκύπτουν από τη θεώρηση μεταβολών μόνο σε μία διάσταση. Μόνο ένα από τα πειραματικά σημεία που είναι διαθέσιμα χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της κινητικής σταθεράς που ενδιαφέρει. Γι’αυτό, με τη μοντελοποίηση που γίνεται επιτρέπεται η σύγκριση του πειράματος με τη θεωρία λαμβάνοντας υπόψη ολόκληρο το πλήθος των πειραματικών δεδομένων μίας καμπύλης. Στην εργασία αυτή, γίνεται εκτενής περιγραφή των φυσικοχημικών φαινομένων που λαμβάνουν χώρα σε ένα ηλεκτροχημικό σύστημα και ειδικότερα παρουσιάζεται η υδροδυναμική ανάλυση (υπολογιστική ρευστομηχανική) του συστήματος ενός περιστρεφόμενου ηλεκτροδίου. Αναλύονται οι αναλυτικές και ημι-αναλυτικές σχέσεις που προκύπτουν από τη θεώρηση του μονοδιάστατου προβλήματος και περιγράφεται η μεθοδολογία της υπολογιστικής προσομοίωσης. Στη συνέχεια, συγκρίνονται οι πραγματικές τιμές που έχουν εισαχθεί στα μοντέλα αξονικής συμμετρίας με αυτές που προσδιορίζονται από την ανάλυση των βολταμμογραφημάτων που λαμβάνονται από τυπικές ηλεκτροχημικές τεχνικές από τα μοντέλα μίας διάστασης. Περιγράφονται οι παρατηρήσεις στα βολταμμογραφήματα που είναι φανερές σε έναν πειραματιστή. Επιπλέον, προσδιορίζονται οι συνθήκες υπό τις οποίες τα αξονοσυμμετρικά συστήματα δύο διαστάσεων περιγράφονται ικανοποιητικά από μονοδιάστατες προσεγγίσεις. Εντοπίζεται η ελάχιστη ακτίνα όπου το ηλεκτρόδιο λειτουργεί ως μακροηλεκτρόδιο. Παρουσιάζεται η μορφή των αποκλίσεων όπως αποτυπώνεται σε προσομοιώσεις πειραματικών δεδομένων και γίνεται μία πειραματική επαλήθευση για πειρά- ματα κυκλικής βολταμμετρίας. Η πειραματική μελέτη αφορά την οξειδοαναγωγική αντίδραση σιδηρικυανιούχων ιόντων, [Fe(CN)6]−3, που ανάγονται προς σιδηροκυανιούχα, [Fe(CN)6]−4, η οποία λαμβάνει χώρα σε ένα ηλεκτρόδιο λευκοχρύσου (Pt). Κύριο συμπέρασμα που προκύπτει από την εργασία είναι ότι η γεωμετρία επηρεάζει πράγματι τις κινητικές σταθερές που προσδιορίζονται. Συγκεκριμένα, όσο μικρότερη είναι η ακτίνα του ηλεκτροδιακού δίσκου, τόσο πιο μεγάλες γίνονται οι αποκλίσεις στην παρατηρούμενη ειδική ταχύτητα της αντίδρασης. Από τη σύγκριση με την πειραματική μελέτη, συμπεραίνεται ότι η υπολογιστική προσομοίωση επαληθεύει με επιτυχία τα πειραματικά ευρήματα, επομένως έγινε σωστή κατανόηση του φυσικού προβλήματος. Εν τέλει, παρουσιάζεται η φυσική ερμηνεία για τις αποκλίσεις μεταξύ των δύο περιπτώσεων.	el
heal.advisorName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Σαρίμβεης, Χαράλαμπος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ). Εργαστήριο Φυσικοχημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	106 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false