Metal dicyanamides as solid adsorbents for CO2/N2 separation and efficient water oxidation catalysts
CO2/N2 gaz karışımının ayrılması için katı absorban ve etkili su oksitleyici katalizörler olarak metal disiyanamit bileşiklerinin kullanılması
- Tez No: 434213
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. FERDİ KARADAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 90
Özet
Enerjiye olan ihtiyaç katlanarak artmakta ve 2050 yılında nüfus artışından dolayı bu ihtiyacın ikiye katlanması beklenmektedir. Fosil kaynaklı yakıtlar kısıtlıdır ve çevreyi olumsuz etkileyen CO2 gazı yayarlar. Bu durum araştırmacıları iki önemli disipline teşvik etmektedir: 1) atmosferden CO2 uzaklaştrılması ve 2) temiz ve etkili alternatif enerji kaynaklarının geliştirilmesi. Karbon emisyonunun azaltılması için endüstriyel işlem sonrası CO2'i seçici olarak ayırabilecek katı adsorbanların geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Yüzey alanı, adsorpsiyon entalpisi ve boşluklardaki fonksiyonel gruplar gibi etkenler CO2 ve yüzey alanının etkileşimini etkilediği için bahsedilen bütün özelliklere sahip olan yeni gözenekli malzemeler tasarlanmalıdır. Bu tez çalışmasında, gözeneklerinde serbest azot atomu bulunduran yeni metal disiyanamit bileşiği Co(hmt)(dca)2 sentezlenmiştir. Yüksek CO2 tutunumu oda sıcaklığında gözlemlenmesine rağmen malzemede N2 alımı sergilenmemiştir. Co(hmt)(dca)2 bileşiğinde boşluklar arası 3.8 Å, N2 ve CO2 kinetik yarıçapları ise 3.6 Å and 3.3 Å olarak belirtildi. Kristal ve N2 arasındaki kinetik yarıçap benzerliği N2 difüzyonunu kısıtlayarak seçiciliği arttırmaktadır.Metal disiyanamit bileşikleri farklı alanlarda yaygın olarak çalışılmasına rağmen CO2 gaz depolama alanındaki ilk çalışmadır. CO2 oranının olumsuz etkileri, karbon içermeyen alternatif enerji kaynakları geliştirilerek aşılabilir. O2 ve H2 üretimi için suyun ışıkla ayrıştırılmasını içeren Hidrojen ekonomisinin, karbon içermeyen sadece su ve güneş ışığına dayanması son zamanlarda çok ilgi çekmiştir. Hidrojen ekonomisinin en zor basamağı olan yarı reaksiyonlardan suyun oksitlenmesi aşaması, özgün katalizörlerin geliştirilmesiye aşılabilir. Bu tez çalışmasında, basit metal disiyanamit bileşikleri su oksitleyici katalizör olarak incelenmistir. Yeni bir metal disiyanamit ailesi M(dca)2(DMF), (M = Co, Ni, Fe) sentezlenip, karakterize edilmiştir. 1 mA.cm-2 akım yoğunluğu 580 mV aşırı potansiyelde elde edildi ve bileşiğe Ni ekleyerek aşırı potansiyel 513 mV'a kadar düşürüldü. Bu çalışma, kobalt disiyanamit bileşiklerinin elektrokimyasal su oksitleyici katalizör olarak kullanıldığı ilk çalışmadır. Elektrokatalik çalışmaları ve uzun süreli elektroliz calışmaları bu malzemelerin etkili bir biçimde suyu oksitlediğini ve uzun süreli katalitik işlem boyunca da dayanıklı olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The demand for the energy has been increasing exponentially and it is expected to double by 2050 as a result of population increase in the world. The fact that fossil-based fuels are limited and they releases CO2 gas, which affects the environment negatively. This situation encourages researchers to two important disciplines of science: 1) removal of CO2 from atmosphere and 2) developing alternative sources of energy that are clean and efficient. Low carbon future will be realized by post-combustion CO2 capture with air separation therefore adsorbents are needed for CO2 capture. Since surface volume, adsorption enthalpy, and functional groups inside the pores affect the interactions between CO2 and surface, new porous materials should be designed specifically that possess all of the aforementioned features. In this thesis study, a new metal dicyanamide compound, Co(hmt)(dca)2, with free nitrogen atoms in the pores were synthesized. A high adsorption of CO2 was observed while the material exhibits almost no N2 uptake at room temperature. In the Co(hmt)(dca)2 crystal, the pore opening defined as almost 3.8 Å and kinetic diameters of N2 and CO2 are 3.6 Å and 3.3 Å, respectively. There is a similarity between kinetic diameter of the crystal and N2 resulting in limited diffusion of N2 and it is the origin of the high selectivity obtained in this study. Although metal dicyanamides have widely been studied in different fields it is the first study in the area of CO2 gas storage. The negative effects of the CO2 level can also be overcome by developing alternative sources of energy that are carbon-free. Hydrogen economy, which involves splitting water using light to produces O2 and H2 has received much attention in the recent years since it is carbon-free and it is based on only water and sun light that are of great abundance. Novel catalysts should be developed to overcome one of the most challenging steps of hydrogen economy, water oxidation, which is one of the half reactions of water splitting. In this thesis study, simple metal dicyanamides have been investigated as water oxidation catalysts. A new family of metal dicyanamides with the formula, M(dca)2(DMF)2, (M = Co, Ni, and Fe), was synthesized and characterized. A current density of 1 mA.cm-2 obtained at an overpotential of 580 mV and by Ni doping the value could be decreased down to 513 mV. This is the first study that involves the application of cobalt-dicyanamide systems in electrochemical water oxidation catalysis. Electrocatalytic studies as well as long term (70 h) electrolysis studies show that these materials can efficiently oxidize water and are robust during long courses catalytic processes.
Benzer Tezler
- Investigation of cyanide-based catalysts and hybrid assemblies for artificial photosynthesis
Yapay fotosentez için siyanür bazlı katalizörler ve hibrit düzenlemelerin incelenmesi
SINA SADIGH AKBARI
Doktora
İngilizce
2022
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERDİ KARADAŞ
- Bazı pirazol bileşikleri ile tek ve çok çekirdekli metal komplekslerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of mono and polynuclear metal complexes with some pyrazole compounds
ÇİĞDEM HOPA
Doktora
Türkçe
2009
KimyaBalıkesir ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAİF KURTARAN
PROF. DR. MAHİR ALKAN
- Preparation and characterization of cyanide-bridged molecular clusters and extended networks using the building-block approach
Başlık çevirisi yok
FERDİ KARADAŞ
- Farklı diamin türevi ligandlar ile disiyanamid içeren Cu(II) ve Ni(II) komplekslerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of dicyanamide containing Cu(II) and Ni(II) complexes with different diamine derivative ligands
İLKAY ERDURMAZLI
- Schiff bazı ve disiyanamid içeren metal komplekslerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis of metal complexes which contains Schiff base and dicyanamide
İSMAİL ÇOKAY