The preparation and characterization of zeolite confined rhodium(0) nanoclusters: A heterogeneous catalyst for the hydrogen generation from the methanolysis of ammonia-borane
Zeolit içerisine hapsedilmiş rodyum(0) nanokümelerinin hazırlanması ve tanımlanması: Amonyak-boranın metanoliz tepkimesinden hidrojen üretimi için heterojen katalizör
- Tez No: 268265
- Danışmanlar: PROF. DR. SAİM ÖZKAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya, Energy, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 90
Özet
Yeni hidrojen depolama malzemeleri içerisinde; yüksek hidrojen kapasitesi, yüksek kararlılığı ve çevreye zararsız oluşuyla, amonyak boran en çok gelecek vaadedendir. Amonyak boranın dehidrojenasyonu hidroliz, termoliz ve metanoliz yoluyla gerçekleştirilebilir. Amonyak boranın metanolizi diğer dehidrojenasyon reaksiyonlarının bazı eksikliklerini gidermektedir. Kolloidal ve destekli parçaçıkların külçe muadillerine oranla daha aktif katalizör olarak amonyak boranın metanolizinde kullanılması parçacık boyutunu küçülttükçe yüzey atomları oranı artacağından parçacık boyutu küçüldükçe katalitik aktivitede yükselme olacağını belirtmektedir. Benzer biçimde, geçiş metal nanokümeleri de amonyak boranın metanolizinde katalizör olarak kullanılabilir. Bu amaçla, geçiş metal nanokümelerinin belirli bir ölçüye kadar kararlaştırılması gerekir. Şu bir gerçek ki, geçiş metal nanokümelerinin katalitik uygulamalarında en önemli problemlerden birisi en iyi kararlaştırıcılar kullanılmasına rağmen nanokümelerin külçe metale topaklanmasıdır. Bu bakımdan, metal nanokümelerin katalizör olarak mikrogözenekli ve mezogözenekli katılar gibi sınırlandırılmış boş alanlı sistemler ile kullanılması topaklanmayı önleyecek etkili bir biçimdir.Bu tezde ilk kez rodyum(0) nanokümelerinin amonyak boranın metanolizinde katalizör olarak kullanımını sunuyoruz. Rodyum(0) nanokümeleri zeolit-Y içerisinde iki basamaklı bir prosedür ile hazırlanabilir: (i) rodyum(III) katyonlarının zeolit-Y içerisine iyon-değişimi ile hapsedilmesi, (ii) rodyum(III) katyonlarının zeolit kafesi içinde sodyum borhidrür ile indirgenmesi, takiben süzme ve 10-4 Torr altında 550 0C'ye kadar ısıtma. Zeolit içerisine hapsedilmiş rodyum(0) nanokümeleri katı malzeme olarak izole edilecek ve ICP-OES, XRD, SEM, EDX, HRTEM, XPS ve N2 adsorpsiyon-desorpsiyon teknikleri ile karakterize edilecek kadar kararlıdır. Zeolit içerisine hapsedilmiş rodyum(0) nanokümeleri izole edilebilir, şişelenebilir, tekrar dağılabilir ve tekrar kullanılabilir. Zeolit içerisine hapsedilmiş rodyum(0)nanokümeleri amonyak boranın metanolizinde düşük sıcaklıklarda bile aktif bir katalizördür. Burada sunulan çalışma, amonyak boranın metanolizinde hız denklemi ve aktivasyon enerjisinin (Ea, ?H? and ?S?) hesaplanması için daha önce mevcut olmayan kinetik bilgilerin bütün deneysel detaylarını içermektedir. Ortalama TOF=380 h-1 değeri ve daha önce görülmemiş 74300 toplam çevrim sayısı ile amonyak boranın 25 ± 0.1 °C'de metanolizinde olağanüstü katalitik aktivite göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Among the new hydrogen storage materials, ammonia boranes (AB) appear to be the most promising ones as they have high hydrogen content, high stability, and being environmentally benign. Dehydrogenation of AB can be done via hydrolysis, thermolysis and methanolysis. Methanolysis of AB eliminates some drawbacks of other dehydrogenation reactions of AB. The use of colloidal and supported particles as more active catalyst than their bulky counterparts for the methanolysis of AB implies that reducing the particle size can cause an increase in the catalytic activity as the fraction of the surface atoms increases by decreasing the particle size. Similarly, transition metal nanoclusters can be utilized as catalyst for methanolysis of AB as well. For this purpose transition metal nanoclusters need to be stabilized to a certain extent. Actually in the catalytic application of transition metal nanoclusters one of the most important problems is the aggregation of nanoclusters into to bulk metal, despite of using the best stabilizers. In this regards, the use of metal nanoclusters as catalysts in systems with confined void spaces such as inside mesoporous and microporous solids appears to be an efficient way of preventing aggregation.In this dissertation we report for the first time the use of rhodium(0) nanoclusters as a catalyst in the methanolysis of ammonia borane. Rhodium(0) nanoclusters could be generated in zeolite-Y by a two-step procedure: (i) incorporation of rhodium(III) cations into the zeolite-Y by ion-exchange, (ii) reduction of rhodium(III) ions within the zeolite cages by sodium borohydride in aqueous solution, followed by filtration and dehydration by heating to 550 °C under 10-4 Torr. Zeolite confined rhodium(0) nanoclusters are stable enough to be isolated as solid materials and characterized by ICP-OES, XRD, SEM, EDX, HRTEM, XPS and N2 adsorption-desorption technique. The zeolite confined rhodium(0) nanoclusters are isolable, bottleable, redispersible and reusable. They are active catalyst in the methanolysis of ammonia-borane even at low temperatures. They provide exceptional catalytic activity with an average value of TOF = 380 h-1 and unprecedented lifetime with 74300 turnovers in the methanolysis of ammonia-borane at 25 ± 0.1 °C. The work reported here also includes the full experimental details of previously unavailable kinetic data to determine the rate law, and activation parameters (Ea, ?H? and ?S?) for the catalytic methanolysis of ammonia-borane.
Benzer Tezler
- Preparation and characterization of zeolite confined cobalt(0) nanoclusters as catalyst for hydrogen generation from the hydrolysis of sodium borohydride and ammonia borane
Zeolit gözenekleri içine hapsedilmiş kobalt(0) nanokümelerin hazırlanması, tanımlanması ve sodyum borhidrür ile amonyak boranın hidrolizinden hidrojen üretiminde katalizör olarak kullanılması
MURAT RAKAP
- The preparation and characterization of zeolite framework stabilized ruthenium(0) nanoclusters; a superb catalyst for the hydrolysis of sodium borohydride and the hydrogenation of aromatics under mild conditions
Ilımlı koşullar altında sodyum borhidrürün hidrolizi ve aromatiklerin hidrojenlenmesi için süper bir katalizör olan zeolit yapısıyla kararlaştırılmış rutenyum(0) nanokümelerinin hazırlanması ve tanımlanması
MEHMET ZAHMAKIRAN
- Gözenekli destekler üzerinde zeolit kaplamaların hazırlanması ve karakterizasyonu
The Preparation and characterization of zeolite a coatings on prous support
FİLİZ ÖMEROĞLU
- Değişik iyon formlarında zeolit y kaplamalarının hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of zeolite y coatingsin different ionic forms
GÜNCEL CENGİZHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELKON TATLIER
- Preparation and characterization of polymeric hard tissue supports
Polimerik sert doku desteklerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
TUĞBA ENDOĞAN
Doktora
İngilizce
2013
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NESRİN HASIRCI
PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI