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
- Tez No: 305630
- Danışmanlar: PROF. DR. SAİM ÖZKAR
- Tez Türü: Doktora
- 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: 146
Özet
Fosil yakıt rezervlerinin azalması, çevre kirliliği ve atmosferdeki karbon dioksit ve diğer sera gazlarındaki artışın sebep olduğu küresel ısınma konusunda giderek artan endişeler nedeniyle, sürdürülebilir bir enerji geleceği için dünya nüfusunun enerji gereksinimine uzun süreli çözüm olarak düşünülen yenilenebilir enerji kaynaklarının geliştirilmesi üzerine yapılan çalışmalar büyük önem kazanmaktadır. Bu bağlamda hidrojen ısınma, ulaşım, mekanik enerji ve elektrik üretimi için temiz ve çevresel olarak zararsız bir enerji taşıyıcı olarak düşünülmektedir. Bununla birlikte, hareketli, taşınabilir ve sabit uygulamalar için etkin, güvenilir ve düşük maliyetli hidrojen depolama malzemelerinin eksikliği hidrojen ekonomisinin hayata geçirilmes için aşılması gereken en büyük engellerden biridir. Çeşitli katı hidrojen depolama malzemeleri arasında, sodyum borhidrür ve amonyak boran gibi kimyasal hidrojen depolama malzemeleri, sahip oldukları yüksek gravimetrik ve volumetrik hidrojen depolama kapasiteleri sayesinde ılımlı koşullar altında yakıt pili uygulamaları için potansiyel adaylar olarak büyük dikkat çekmektedirler. Hem sodyum borhidrür hem de amonyak boran, uygun katalizörler eşliğinde suda hidroliz olduğunda hidrojen gazı oluşturmaktadır.Geçiş metal nanokümeleri külçe karşıtlarından ayıran eşsiz özelliklere sahip olduklarından, hidrojen eldesi için sodyum borhidrür ve amonyak boranın hidroliz tepkimelerinde katalizör olarak kullanılabilirler. Metal nanokümelerinin katalitik etkinliği küçülen parçacık boyutuyla artış göstermesine rağmen, bu nanokümeler topaklanmaya karşı kararsız olduklarından külçe metale dönüşme eğilimindedirler ve bu durum katalitik uygulamalarda aktivitenin önemli ölçüde azalmasına neden olmaktadır. Bu yüzden, nanokümelerin hazırlanmasında zeolitler gibi düzenli gözenekli yapılara sahip malzemelerin kullanılması, gözenek boyut sınırlaması nanokümelerin büyümelerini önleyeceğinden ve dolayısıyla katalitik olarak aktif yüzey atomlarının sayısını arttıracağından büyük ilgi görmektedir. Bu tezde, zeolit gözeneklerine hapsedilmiş kobalt(0) nanokümelerinin hazırlanmasını, tanımlanmasını ve sodyum borhidrür ile amonyak boranın hidroliz tepkimelerindeki katalitik etkinliklerinin incelenmesini sunuyoruz. Zeolit gözenekleri içine hapsedilmiş kobalt(0) nanokümeleri, kobalt(II) iyonlarıyla değiştirilmiş zeolitin oda sıcaklığında sodium borhidrür ile indirgenmesi sonucu hazırlanmıştır ve bu işlemler zeolit yapısında herhangi bir değişikliğe yol açmamıştır. Bu şekilde hazırlanan metal nanokümeleri, İndüktif olarak çiftleşmiş plazma-optik emisyon spektroskopisi (ICP-OES), X- ışınları kırınımı (XRD), yüksek çözünürlüklüklü geçirgenli elektron mikroskopisi (HRTEM), taramalı elektron mikroskopisi (SEM), Enerji dağıtımı X-ışını spektroskopisi (EDX), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), Dağınık yansıtma-UV-görünür bölge elektronik soğurma spektroskopisi (DR-UV-Vis), İnfrared spektroskopisi (IR), Raman spektroskopisi ve N2 adsorpsiyon-desorpsiyon tekniği kullanılarak tanımlandı. Zeolit gözenekleri içine hapsedilen kobalt(0) nanokümelerinin katalitik etkinliği ile bu katalizörlerin varlığında sodium borhidrür ve amonyak boranın hidroliz tepkimelerinin kinetiği, farklı katalizör ve substrat konsantrasyonuna ve sıcaklığa bağlı olarak çalışıldı. Her iki katalitik hidroliz tepkimesine ilişkin hız kanunu ve aktivasyon parametreleri (Arrhenius aktivasyon enerjisi (Ea), aktivasyon entalpisi (?H?) and aktivasyon entropisi (?S?)), Elde edilen kinetik veriler kullanılarak hesaplandı.
Özet (Çeviri)
Because of the growing concerns over the depletion of fossil fuel supplies, environmental pollution and global warming caused by a steep increase in carbon dioxide and other greenhouse gases in the atmosphere, much attention has been given to the development of renewable energy sources that are the only long-term solution to the energy requirements of the world?s population, on the way towards a sustainable energy future. Hydrogen has been considered as a clean and environmentally benign new energy carrier for heating, transportation, mechanical power and electricity generation. However, the lack of effective, safe, and low-cost hydrogen storage materials for mobile, portable, and stationary applications is one of the major hurdles to be overcome for the implementation of hydrogen economy. Among various solid state hydrogen storage materials, chemical hydrogen storage materials such as sodium borohydride (NaBH4) and ammonia borane (H3NBH3) have received much attention as promising candidates for fuel cell applications under ambient conditions due to their high gravimetric and volumetric hydrogen storage capacities. Both sodium borohydride and ammonia borane generate hydrogen upon hydrolysis in the presence of suitable metal catalysts.Transition metal nanoclusters can be used as active catalysts to catalyze the hydrolysis reactions of sodium borohydride and ammonia borane for hydrogen generation since they exhibit unique properties that differ from their bulk counterparts. Although the catalytic activity of metal nanoclusters increases with decreasing particle size, they are unstable with respect to agglomeration into the bulk metal leading to a significant decrease in activity in their catalytic applications. Therefore, the exploitation of microporous and mesoporous materials with ordered porous structures as hosts to encapsulate metal nanoclusters has attracted great interest since the pore size restriction of these host materials could limit the growth of nanoclusters leading to an increase in the percentage of the catalytically active surface atoms. In this dissertation, we report the preparation, characterization and the investigation of the catalytic activities of zeolite confined cobalt(0) nanoclusters in the hydrolysis of sodium borohydride and ammonia borane. The zeolite confined cobalt(0) nanoclusters were prepared by the reduction of cobalt(II)-exchanged zeolite-Y by sodium borohydride in aqueous solution at room temperature with no alteration in the framework lattice or loss in the crystallinity. The characterization of zeolite confined cobalt(0) nanoclusters were done by using inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES), X-ray diffraction (XRD), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), diffuse reflectance UV-visible spectroscopy (DR-UV-Vis), infrared spectroscopy (IR), Raman spectroscopy, and N2 adsorption-desorption technique. The catalytic activity of zeolite confined cobalt(0) nanoclusters and the kinetics of hydrogen generation from the hydrolysis of sodium borohydride and ammonia borane were studied depending on catalyst concentration, substrate concentration and temperature. The rate laws and the activation parameters (Arrhenius activation energy, Ea; activation enthalpy, ?H#; and activation entropy, ?S#) for both catalytic hydrolysis reactions were calculated from the obtained kinetic data.
Benzer Tezler
- 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
SALİM ÇALIŞKAN
- 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
- 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 polymer zeolite composite membranes
Başlık çevirisi yok
ÖZGENÇ EBİL
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHSİN ÇİFTÇİOĞLU
- Bazı iletken polimerlerin kil ve zeolit kompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of clay and zeolite composites of some conductive polymers
ORHAN SOYLU
Doktora
Türkçe
2022
KimyaTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA CEYLAN
PROF. DR. SELÇUK ŞİMŞEK