Synthesis and characterization of water soluble polymer stabilized transition metal(0) nanoclusters as catalyst in hydrogen generation from the hydrolysis of sodium borohydride and ammonia borane
Suda çözünür polimerle kararlılaştırılmış geçiş metal(0) nanokümeleri: Hazırlanması, tanımlanması ve sodyum borhidrür ve amonyak boranın hidrolizinden hidrojen eldesinde katalitik etkinlikleri
- Tez No: 285722
- Danışmanlar: PROF. DR. SAİM ÖZKAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, 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: 182
Özet
Metal nanokümeleri parçack boyutlarnn küçük olmas nedeniyle külçemetallerden çok farkl özellikler gösterirler ve bu özellikler parçack boyutuna balolarak deiir. Örnein, geçi metal nanokümelerinin katalitik etkinlikleri parçaboyutunun küçülmesi ile genellikle artmaktadr. Metal nanokümelerinin katalitiketkinlik gösterebilmeleri için çözelti içerisinde topaklanmanya kar kararl halegetirilmesi gerekir. Örnein, çözelti içerisine özel kararlatrc ligantlar eklenilerekbelirli büyüklükteki metal nanokümeleri kararllatrlabilir. Metal nanokümelerininçözelti içerisinde kararllatrlmas HPO42- gibi yüklü ligandlar varlndaelektrostatik olarak veya polimerler gibi uzun zincirli moleküller varlnda sterikolarak gerçekletirilir. Polimerler çözelti içerisinde kararl metal nanokümelerinhazrlanmasnda en yaygn olarak kullanlan sterik kararllatrclardan birisidir.Metal nanokümeleri için kararllatrc olarak kullanlan polimerler, nanokümelereilenebilirlik, yaltlabilirlik (izole edilebilirlik), çözünürlük ve sya dayankllk gibiek özellikler de salar. Polimer kullanlarak çözelti içerisinde topaklanmaya karkararl hale getirilen nanokümeler genellikle daha etkin katalitik, iletkenlik, manyetikve optik özellik gösterirler. Bu tezde, suda çözünür polimerle kararllatrlm geçimetal(0) (metal : Ni, Co ve Ru) nanokümelerinin hazrlanmasn, tanmlanmasn veviisodyum borhidrür veya amonyak borann hidrolizinden hidrojen eldesinde kataliketkinlikleri ile ilgili deneysel bulgular verilmektedir. Polimerle kararllatrlmnikel(0), kobalt(0) ve rutenyum(0) nanokümeleri suda çözünür iki farkl polimerle,yeni gelitirilen farkl iki method kullanlarak; (i) Methanol içerisinde çözünmü olanmetal balangç tuzlarnn poli(N-vinil-2-pirolidon) (PVP) varlnda 1 saat refluksdan sonra sodyum borhidrür ile indirgenmesi ile, (ii) balangç metal tuzlarnnpoli(4-sitiren sulfonikasit-co-maleyik asit) (PSSA-co-MA) varlnda sulu çözeltideamonyak borann hidrolizinde e zamanl olarak indirgenmesi yolu ile hazrland.Elde edilen PVP veya PSSA-co-MA ile kararllatrlm nikel(0), kobalt(0) verutenyum(0) nanokümeleri UV-görünür bölge elektronik sourma spektroskopisi(UV-Vis), geçirgenli electron mikroskopisi (TEM), yüksek çözünürlüklüklügeçirgenli elektron mikroskopisi (HRTEM), X-nlar fotoelektron spektroskopisi(XPS), X- nlar krnm (XRD) ve infrared spektroskopisi (FT-IR) ile tanmland.PVP ile kararllatrlm nikel(0), kobalt(0) and rutenyum(0) nanokümeleri, hemsodyum borhidrürün hem de amonyak borann hidrolizinden hidrojen eldesindekatalizör olarak kullanld. PSSA-co-MA ile kararllatrlm nikel(0), kobalt(0) andrutenyum(0) nanokümelerinin katalitik etkinlikleri ise e zamanl olarakhazrlandklar amonyak borann hidrolizinden hidrojen eldesinde test edildi. PVP yada PSSA-co-MA ile kararllatrlm nikel(0), kobalt(0) ve rutenyum(0)nanokümeleri ile katalizlenen hidroliz tepkimelerinin detayl kinetii polimerderiimine, katalizör deriimine, tepken deriimine ve scakla bal olarak çalld.Katalitik tepkimelerin aktivasyon parametreleri (Arrhenius aktivasyon enerjisi (Ea),aktivasyon entalpisi (H) and aktivasyon entropisi (S)) elde edilen kinetik verilerkullanlarak hesapland.
Özet (Çeviri)
Metal nanoclusters exhibit unique properties which differ from their bulkmaterials, owing to the quantum size effects. For example, the catalytic activity oftransition metal nanoclusters generally increases with decreasing particle size.However, nanoclusters tend to be fairly unstable with respect to the agglomerate intobulk metal in solution and thus special precautions have to be taken to avoid theiraggregation or precipitation during the preparation of such nanoclusters in solution.In order to obtain stable nanoclusters dispersed in solution, a stabilizing agent isusually added into the reaction system. The stabilization of metal nanoclusters insolution can be achieved either by electrostatically by using charged ions such asacetate ion or sterically by long chain molecules such as polymers. Polymers are oneof the most widely used steric stabilizers for the preparation of stable metalnanoclusters in solution. The use of polymers as stabilizer for the synthesis oftransition metal nanoclusters provides advantegous regarding solubility,conductivity, thermal stability and reusability. The metal nanoclusters stabilized bypolymers generally show higher catalytic activity, stability and optical properties. Inthis dissertation we report the preparation and characterization of water solublepolymer stabilized transition metal(0) (metal= Ni, Co and Ru) nanoclusters and theirvcatalysis in hydrogen generation from the hydrolysis of sodium borohydride(NaBH4) and ammonia borane (AB) which are the best candidates as chemicalhydrogen storage materials for on-board applications. The water soluble polymerstabilized nickel(0), cobalt(0) and ruthenium(0) nanoclusters were prepared by usingtwo different facile methods; (i) the reduction of metal precursors by sodiumborohydride in the presence poly(N-vinyl pyrrolidone) (PVP) in methanol solutionafter 1h reflux, (ii) the in situ generation during the hydrolysis of ammonia borane inthe presence of poly(4-styrene sulfonicacid-co-maleic acid) (PSSA-co-MA). Thecharacterization of both type of polymer stabilized transition metal(0) nanoclusterswere done by using UV-Visible electronic absorption spectroscopy (UV-Vis),transmission electron microscopy (TEM), high resolution transmission electronmicroscopy (HRTEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction(XRD) and FT-IR techniques. The catalytic activity of PVP stabilized nickel(0),cobalt(0) and ruthenium(0) nanoclusters was tested in the hydrolysis of NaBH4 andAB. The catalytic acitivity of PSSA-co-MA stabilized nickel(0), cobalt(0) andruthenium(0) nanoclusters was tested only in the hydrolysis of AB in which theywere in situ generated. The kinetics of hydrogen generation from both hydrolysisreactions in the presence PVP or PSSA-co-MA stabilized nickel(0), cobalt(0) andruthenium(0) nanoclusters were studied depending on the polymer to metal ratio,catalyst concentration, substrate concentration and temperature as well as theactivation parameters (Arrhenius activation energy (Ea), activation enthalpy (H)and activation entropy (S) of both catalytic hydrolysis were calculated from thekinetic data.
Benzer Tezler
- Yeni vic-dioksimlerin sentezi ve reaksiyonları
Synthesis and characterisation of three new vic-dioximes and their metal complexes
ZEHRA ALTUNTAŞ BAYIR
- Composite carbon nanofiber anodes for na ion batteries
Sodyum iyon piller için kompozit karbon nanofiber anotlar
ELHAM ABDOLRAZZAGHIAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. MELTEM YANILMAZ
- Hızlı kuruyan su bazlı kaplama malzemelerinin sentez ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of fast dry water based coating material
MAHİR KAPLAN
Doktora
Türkçe
2018
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KAŞGÖZ
- Akrilik polimer/organo-silikat nanokompozitlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of acrylic polymer/organo-silicate nanocomposites
BURCU ŞENOL TÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M.O. ZAKİR RZAYEV