Model katalizör yüzeylerde gerçekleşen katalitik reaksiyonların ve yüzey elektronik yapılarının kapsamlı çalışılması
Model katali̇zör yüzeylerde gerçekleşen katali̇ti̇k reaksi̇yonlarin ve yüzey elektroni̇k yapilarinin kapsamli çalişilmasi
- Tez No: 355377
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OSMAN ÖZTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Energy, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 186
Özet
Nano boyutlara kadar inmiş olan katalizör çalışmalarındaki sonuçlar sadece teknolojik alanda sınırlı kalmamakta, gündelik hayatımızı dahi etkilemektedir. Bu sayede kimyasal enerji çevrimcilerinden (yakıt hücreleri gibi) otomotiv sanayine, gaz sensörlerinden askeri uygulamalara, ilaç üretimine ve daha pek çok kimyasal proseste verim artışları elde edilmektedir. Bu çalışma kapsamında bugüne kadar yakıt hücrelerinde genellikle katalizör olarak kullanılan Pt yerine daha ucuz ve verimli bimetalik heterojen katalizörler üzerinde çalışılmıştır. Özellikle Pt ile farklı geçiş metal yapıların başarılı heterokatalizör sonuçlar verdiği bilinmekte fakat katalizörlerdeki verim artışının geometri, morfoloji veya elektronik yapıdan hangisine bağlı olduğu tam anlamıyla aydınlatılamadığı anlaşılmaktadır. Bu amaçla çalışma kapsamında ultra yüksek vakum (UHV) şartlarında reaktif olmayan TiO2(110) kristali üzerine PtCo yapıları çalışılmıştır. PtCo bimetalik katalizörün elektronik yapısına etki eden faktörler X-ışını ve ultraviole fotoelektron spektroskopisi (XPS, UPS) gibi teknikler kullanılarak ortaya konmaya çalışılmış ve oluşan metalik kümelerin morfolojileri taramalı tünelleme mikroskobu (STM) ile incelenmiştir. Sadece Pt ile Co'ın elektronik etkileşimi değil bunun yanında altlığın ve diğer parametrelerin etkisi saptanmaya çalışılmıştır. Ayrıca bu etkileşimin metanol moleküllerini katalize ederken izlediği reaksiyon yolundaki değişim sıcaklık programlı salınım (TPD) tekniği ile ortaya konmuştur. Bimetalik katalitik yüzeylerin elektrokimyasal testleri gerçekleştirilirken yakıt hücresi testleri ile de Pt:Co oranlaması, kaplama gücü gibi parametreler optimize edilirken ara katman olarak kullanılan Ti'un etkisi ortaya konmuştur. Optimizasyon çalışması sonrası yakıt hücresi için hazırlanan Ti destekli Pt:Co 1:3 oranlı elektrotların elektro kimyasal aktif yüzey alanı saf Pt numunesine kıyasla 3.7 kat arttırılmış ve bu sayede Amerikan Enerji Bakanlığının 2020 hedeflerinin çok ilerisinde bir değer elde edilmiştir. Bu yöndeki çalışmaların devamı ile ileride daha etkin seçici ve yüksek performanslı ve daha kabul edilebilir maliyette heterojen katalizörlerin geliştirilmesine imkân sağlanacaktır.
Özet (Çeviri)
Nowadays the catalyst works are focused on the nano sized materials and their results are not limited to the technological development but also affect our daily life. Thanks to catalysis the performance of chemical processes in many different fields such as chemical energy conversion (e.g. fuel cells), automobile industry, gas sensors, military applications, drug production are increased. Pt is the mostly used material as a catalyst in fuel cells and the aim of this work is to develop new bimetallic heterogeneous catalyst materials that are cheaper and more efficient than Pt. Especially Pt-Co structures give pretty good results as heterogeneous catalyst materials in fuel cell applications. Using Pt together with Co in fuel cells not only decreases its cost but also increases its performance, and thus decreases total cost significantly. Production of low cost catalytic surfaces without performance loss is still an important topic for researches. In this study the catalytic surfaces consisting of Pt and Pt-Co investigated properly which are grown on TiO2 (110) crystal surface in UHV conditions. Pt-Co bimetallic surfaces are investigated using XPS and UPS to understand their electronic structure depending on temperature. The metallic clusters are also monitored using STM and their compositions are investigated using LEIS. Beside this, the effects of the substrate on the clusters and other parameters, such as heat, are also investigated. The changes of the reaction pathway during the decomposition of methanol molecule on different Pt-Co surfaces are investigated using the TPD technique. In addition, the effect of Ti sublayer on the cell performance is also observed. Optimization of such parameters increases the electrochemical active surface area (EASA) almost 3.7 times compared to the pure Pt sample which is quite good compared U.S. Department of Energy Hydrogen and Fuel Cell Program. The studies to understand the catalyst structure give rise to the development of catalysis that are more selective and have higher performance with low cost.
Benzer Tezler
- Graphene based materials obtained from graphite and polyacrylonitrile based carbon fiber for energy storage and conversion systems
Enerji depolama ve dönüşüm sistemleri için grafit ve poliakrilonitril esaslı karbon fiberden grafen tabanlı malzemelerin üretilmesi
MEHMET GİRAY ERSÖZOĞLU
Doktora
İngilizce
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. YÜCEL ŞAHİN
- Quantum chemical simulation of nitric oxide reduction by ammonia (SCR reaction) on V2O5/TiO2 catalyst surface
Nitrik oksitin amonyak ile V2O5/TiO2 katalizör yüzeyi üzerinde seçici katalitik indirgenmesi reaksiyonunun kuantum kimyasal simülasyonu
SEZEN SOYER
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IŞIK ÖNAL
- Gemilerde kullanılan seçici katalitik indirgeme sistemlerinde tortu oluşumunun ve azot oksit indirgeme performanslarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of urea-deposit formation and nitrogen oxide reduction performances in selective catalytic reduction systems used on marine vessels
TALAT GÖKÇER CANYURT
Doktora
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- High-Throughput Study of Catalysis on Pd-based alloys
Pd alaşımların üzerinde yüksek işlem hacimli kataliz çalışması
GAMZE GÜMÜŞLÜ
Doktora
İngilizce
2014
Kimya MühendisliğiCarnegie Mellon UniversityKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ANDREW J GELLMAN
- Computational study of ethylene epoxidation
Etilen epoksidasyonunun hesaplamalı çalışması
MURAT OLUŞ ÖZBEK
Doktora
İngilizce
2011
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. IŞIK ÖNAL
PROF. DR. RUTGER A. VAN SANTEN