Water soluble polymer stabilized iron(0) nanoclusters: A cost effective and magnetically recoverable catalyst in hydrogen generation from the hydrolysis of ammonia borane
Suda çözünür polimerle kararlılaştırılmış demir(0) nanokümeleri: Hazırlanması, tanımlanması ve amonyak boranın hidrolizinde katalitik etkinliği
- Tez No: 305720
- Danışmanlar: PROF. DR. SAİM ÖZKAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Geçiş metal nanokümelerinin, parçacık boyutları küçüldükçe yüzey alanları büyümektedir ve bu özelliklerinden ötürü geçiş metal nanokümeleri, külçe metallerine nazaran daha aktif katalizörlerdir. Pahalı metallerin pratik uygulamalarda katalizör olarak kullanımındaki kaygılar nedeniyle; istenilen koşullarda amonyak boranın hidrolizinden hidrojen salıverilmesi için, etkin ve daha ucuz metal katalizörlerin geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu bağlamda; yer kabuğunda bulunma yüzdesi bakımından dördüncü sırada yer alan demirin nanokümelerinin hazırlanarak, amonyak boranın hidrolizinde etkin bir katalizör olarak geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Katalizör olarak kullanılacak demir(0) nanokümeleri, demir(III) klorürün etilen glikol içerisinde suda çözünür bir polimer olan polietilen glikol (PEG) varlığında 80 °C'de indirgenmesi sonucunda hazırlandı. Polimer ile kararlılaştırılmış demir(0) nanokümeleri santrifüjlemeyle izole edildikten sonra SEM, EDX, TEM, HR-TEM, XRD, UV-görünür ve FT-IR teknikleri kullanılarak tanımlandı. Hazırlanan ve tanımlanan suda çözünür polimerle kararlılaştırılmış demir(0) nanokümeleri, amonyak boranın hidrolizinde katalizör olarak sınandı. Polimerle kararlılaştırılmış demir(0) nanokümeleri, ortalama 6.3 ± 1.5 nm parçacık boyutuyla homojen bir dağılıma sahiptir. Su içerisinde kolayca dağılabilen, PEG ile kararlılaştırılmış demir(0) nanokümeleri; amonyak boranın hidroliziyle hidrojen eldesinde oldukça etkin katalizörlerdir. Deneysel sonuçlar, PEG ile kararlılaştırılmış demir(0) nanokümelerinin oda sıcaklığında, düşük katalizör ve tepken derişimlerinde bile amonyak boranın hidrolizinde etkin olduğunu gösterdi. PEG ile kararlılaştırılmış demir(0) nanokümeleri, 25.0 ± 0.5 °C' de sağlamış olduğu 6.5 dk -1 gibi bir çevrim frekansı ile amonyak boranın hidrolizinde bugüne kadar bilinen demir katalizörleri arasında en yüksek etkinliği göstermektedir. Katalitik hidroliz tepkimesinin kinetiği, katalizör derişimine, tepken derişimine ve sıcaklığa bağlı olarak ayrıntılı bir şekilde incelendi. Elde edilen kinetik veriler kullanılarak, amonyak boranın katalitik hidrolizinin aktivasyon parametreleri hesaplandı. Bu çalışma demir katalizörünün AB hidrolizinde kullanılmasıyla ilgili yapılan ilk kinetik çalışmadır. Buna ek olarak, PEG ile kararlılaştırılmış demir(0) nanokümeleri manyetik olarak tepkime ortamından mıknatıs yardımıyla ayrılabilmektedir ve onuncu çevrim sonunda bile katalitik etkinlik göstermektedirler.
Özet (Çeviri)
The property transition metal nanoclusters are more active catalysts than their bulk counterparts because of increasing proportion of surface atoms with decreasing paricle size. The development of efficient and economical catalysts to further improve the kinetic properties under moderate conditions is therefore important for the practical application of nanoclusters as catalyst in the hydrogen generation from hydrolysis of ammonia borane. In this regard, the development of active iron catalysts is a desired goal because it is the most ubiquitous of the transition metals, the fourth most plentiful element in the Earth?s crust. In this dissertation, we report the preparation, characterization and investigation of the catalytic activity of the water soluble polymer stabilized iron(0) nanoclusters. They were prepared from the reduction of iron(III) chloride by a mixture of sodium borohydride (NaBH4, SB) and ammonia borane (H3NBH3, AB) mixture in the presence of polyethylene glycol (PEG) as stabilizer and ethylene glycol as solvent at 80 °C under nitrogen atmosphere. PEG stabilized iron(0) nanoclusters were isolated from the reaction solution by centrifugation and characterized by SEM, EDX, TEM, HRTEM, XRD, UV-Vis, ICP-OES and FT-IR techniques. PEG stabilized iron(0) nanoclusters have almost uniform size distribution with an average particle size of 6.3 ± 1.5 nm. They were redispersible in water and yet highly active catalyst in hydrogen generation from the hydrolysis of AB. They provide a turnover frequency of TOF = 6.5 min-1 for the hydrolysis of AB at 25.0 ± 0.5 °C. The TOF value is the best ever reported among the Fe catalyst and comparable to other non-noble metal catalyst systems for the catalytic hydrolysis of AB. Kinetics of hydrogen generation from the hydrolysis of AB in the presence of PEG stabilized iron(0) nanoclusters were also studied by varying the catalyst concentration, substrate concentration, and temperature. This is the first kinetic study on the hydrolysis of AB in the presence of an iron catalyst. Moreover, PEG stabilized iron(0) nanoclusters can be separated magnetically from the catalytic reaction solution by using a magnet and show catalytic activity even after tenth run.
Benzer Tezler
- Sürekli rejim şartlarında nükleer yakıt çubuklarında tek ve iki boyutlu ısı iletiminin analizi
In steady-state conditions analyses of one and two dimensional conduction in nuclear fuel rods
İBRAHİM ATILGAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCAN ATAER
- Ege bölgesi keçi liflerinin bazı önemli fiziksel, kimyasal özellikleri ve değerlendirme imkanları
Başlık çevirisi yok
NİLÜFER ERDEM
Doktora
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLSEREN YAZICIOĞLU
- Bromtimol mavisi, bromkresol moru ve klorfenol kırmızısı indikatörleri katılmış özel besiyerlerinin sütlerde antibiyotik belirtilmesine uygunluğu üzerine araştırmalar
Başlık çevirisi yok
ESENGÜL TUNCER
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiSüt Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN YAYGIN
- Plazma arkı eldesi ve yüzey bölgesi modifikasyonunda kullanılabilirliği
Başlık çevirisi yok
ÖZKAN ÖZİPEKLİLER
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİM DEMİRCİ
- Marmara bölgesindeki kavun ve karpuz yetiştiriciliğinin bugünkü durumu, sorunları ve öneriler
The Status of melon and water melongrowing in Marmara region at present and its Problems and recommedations
MEHMET GÜLER