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
- 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
ÖNDER METİN
- Effect of stabilizer on the catalytic activity of cobalt(0) nanoclusters catalyst in the hydrolysis of sodium borohydride
Sodyum borhidrürün hidrolizi için katalizör olarak kullanılan kobalt(0) nanokümelerinin katalitik aktivitesine kararlaştırıcının etkisi
EBRU KOÇAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAİM ÖZKAR
- 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
- N-Karbazollerin yükseltgen polimerizasyon
Başlık çevirisi yok
ESMA SEZER
Doktora
Türkçe
1997
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
- Controlled delivery of chalcone via biopolyester nanohybrid
Biyopoliester nanohibrit ile kalkonun kontrollü salımı
YASEMİN KAPTAN
Doktora
İngilizce
2022
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR