Inorganic / polymeric assemblies as catalysts for water splitting
Suyun ayrışma reaksiyonu için inorganik / polimerik yapılı katalizörler
- Tez No: 527295
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ FERDİ KARADAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Güneş ışığı ile suyun ayrışması, yenilenebilir enerji arayışı sürecinde son yıllarda sıklıkla çalışılan ve gelecek vadeden bir araştırma konusudur çünkü reaksiyon sonucunda üretilen hidrojen, yüksek enerji üretimi ve çevre dostu olması nedenleriyle uygun bir enerji taşıyıcısıdır. Bu nedenle bu alanda hatırı sayılır sayıda araştırma suyu yükseltgeyen ve indirgeyen verimli katalizör yapıları bulmaya odaklanmıştır. Bu tezin birinci bölümünde, özgün bir kromofor-suyu yükseltgeyen katalizör (PS-WOC) dyad sistemi geliştirilmiştir. Kromofor birimi olarak rutenyum metal koordinasyonlu piridin merkezli ligand kullanılırken, suyu yükseltgeyen katalizör olarak ise kobalt-demir bazlı Prusya mavisi analoğu kullanılmıştır. Bu yapıda, poli(4-vinilpiridin) iki farklı görevi olan birimleri birbirine bağlayan bir moleküler köprü görevi görmektedir ve inter-moleküler örneği ile kıyaslandığında, aktiviteyi ve kararlılığı arttırdığı gösterilmiştir. Katalitik aktivitenin 5 kat arttığı gözlemlenmiştir ve 1 saat ışık altında, TOF 5.6 x 10-4 s-1, 6 saatlik dilimde ise TON 11 bulunmuştur. Oluşan oksijen gaz kromatografisi ile ölçülmüştür. Yapısal karakterizasyon, Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FTIR) Spektrometresi, UV-Vis Spektrometresi (UV-Vis), X-Ray Spektrometresi (XPS), X-Ray Difraksiyonu (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi (EDX) teknikleri ile yapılmıştır. Karşılaştırmalı XPS ve FTIR çalışmaları yapılarak ise, katalitik aktivite öncesi ve sonrasına bakılmış, yapının kararlılığı kanıtlanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde, poli(4-vinilpiridin)'in polimer platformu olarak kullanıldığı basit bir şekilde sentezlenen kobalt bazlı metal-polimer rapor edilmiştir. Elektrokimyasal ölçümler sonucu, sentezlenen metal-polimerin literatürdeki kobalt-polipiridil örnekleri gibi suyun indirgenmesi (H2 oluşumu) katalizörü olarak verimli olduğu görülmüştür. Bunun yanı sıra, metal-polimerin asidik ortamda ve katodik potansiyel uygulandığında kobalt parçacıklarına dönüştüğü saptanmıştır ve FTO elektrotu kaplandığında kobalt parçacıklarının da H2 oluşumu katalizörü olarak verimli olduğu gözlenmiştir. Çalışma sonucu, 2 saatlik elektroliz sürecinde, -1.5 V potansiyelde (vs. Fc+/ 0) ve 60 mM asetik asit ortamında yaklaşık 80 µmol H2 toplanmıştır. Kapsamlı bir çalışma ile kobalt-poli(4-vinilpiridin)'in elektrokimyasal ve elektrokatalitik karakterizasyonu ele alınmıştır.
Özet (Çeviri)
Splitting water with sunlight is an attractive and promising research topic over the last two decades since it produces a non-carbon-based resource, hydrogen, which is a suitable energy carrier due to its high energy output and for being environmentally friendly. A great deal of research in this field has been centered on the development of efficient water oxidation and reduction catalysts. The first part of the thesis focuses on a novel photosensitizer- water oxidation catalyst (PS-WOC) dyad. A Ru metal coordinated pyridine-based ligand and a cobalt-iron pentacyanoferrate have been used as the photosensitizer and water oxidation catalyst, respectively. In this assembly, poly(4-vinylpyridine) serves as the bridging group between two units mainly to enhance the performance and stability of the system compared to its analogous intermolecular system. A 5-fold improvement on the catalytic activity has been achieved with a turnover frequency (TOF) of 5.6 x 10-4 s-1 under 1 hour light illumination and a turnover number (TON) of 11 in a 6-hour catalytic study. Evolved oxygen was quantified with gas chromatography. Structural characterization was carried out by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-Vis), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-Ray Powder Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Energy-dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX) techniques. Comparative XPS and FTIR studies were performed on pristine and post-catalytic samples to confirm the stability of the dyad. In the second part of the study, a facile synthetic pathway using poly(4-vinylpyridine) as a polypyridyl platform has been reported for the formation of a cobalt-based metallopolymer. Electrochemical studies indicate that the metallopolymer acts as an efficient H2 evolution catalyst similar to cobalt-polypyridyl complexes. Furthermore, metallopolymer can be transformed to cobalt particles when a cathodic potential is applied in the presence of an acid. It has been found that these cobalt particles also serve as efficient hydrogen evolution catalysts. Approximately 80 µmoles of H2 gas can be collected during 2 h of electrolysis at -1.5 V (vs. Fc+/ 0) in the presence of 60 mM of acetic acid. A comprehensive study of the electrochemical and electrocatalytic behavior of cobalt–poly(4-vinylpyridine) was discussed in detail.
Benzer Tezler
- Marmara bölgesindeki kavun ve karpuz yetiştiriciliğinin bugünkü durumu, sorunları ve öneriler
The Status of melon and water melongrowing in Marmara region at present and its Problems and recommedations
MEHMET GÜLER
