Interaction of hydrogen with titanium dioxide and palladium-titanium dioxide surface at low and high temperature
Hidrojenin düşük ve yüksek sıcaklıkta titanyum dioksit ve paladyum-titanyum dioksit yüzeyleriyle etkileşimi
- Tez No: 737605
- Danışmanlar: PROF. DR. DENİZ ÜNER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Bu çalışmada, Pd yükleme miktarının Pd morfolojisi ve buna bağlı Pd/TiO2 katalizörünün reaktivitesi üzerine etkisi incelenmiştir. Düşük metal yüklemeli (≤2%) örneklerde 2 boyutlu Pd parçalarının TiO2 yüzeyinin düşük basınç ve sıcaklıkta hidrojenle indirgenmesini sağladığı görülmüştür. Oda sıcaklığında hidrojenle indirgenme Sıcaklık Programlı İndirgeme (TPR) cihazıyla izlenmiş ve nicel ölçümler Pd'un indirgenme destekçisi olarak görev yaparak 300K'de 1%Pd/TiO2 yüzeyinin %70'inin indirgenmesine yol açtığını göstermiştir. Nicel TPR ölçümleri, Yüksek Çözünürlüklü Transmisyon Elektron Mikroskopu görüntüleriyle uyumlu şekilde, Pd yükleme miktarı arttıkça Pd yapılarının iki boyutludan üç boyutluya dönüşmelerine yol açtığını kanıtlamıştır. TPR ölçümleriyle varılan sonuçlara göre iki boyutlu Pd'a sahip örneklerde (≤2%) oda sıcaklığındaki indirgenme Pd yüzey alanı ile doğrudan orantılıdır. Buna dayanarak, iki boyutlu örneklerde metal ve destek arasındaki atomik hidrojen alışverişinin metalin tüm yüzey alanı boyunca gerçekleştiği kanıtlanmıştır. Hidrojenleme sonrası oluşan paramanyetik merkezler oda sıcaklığında in-situ Elektron Spin Rezonans (ESR) Spektroskopisi ile takip edilmiştir. Oksijen vacancy ve Ti+3 merkezleri sadece düşük Pd yüklemeli örneklerde ve vakum koşulunda gözlemlenmiştir. Saturation-Recovery ESR deneyleriyle bu sinyallerin basınç ile ilişkisi izlenmiş ve spin-lattice relaxation zaman sabitinin basınca bağlı değiştiği gözlemlenmiştir. Hidrojen spillover süreci operando Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) Spektroskopisi ile takip edilmiş ve hidroksil sinyalinin büyüme hızına göre modellenmiştir. Katalitik CO oksidasyonu ölçümleri nano düzeyde meydana gelen değişiklerin aktiviteye etkisini anlamak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Aktivitenin iki boyutlu yapılarda metal eklenmesi ile büyük oranda arttığı ancak üç boyutlu örneklerde bir değişime uğramadığı sonucuna varılmıştır. Öte yandan, yüksek sıcaklıktaki hidrojenle indirgemenin faz değişimine ve Magnéli fazı üretimine yol açtığı görülmüştür. Açığa çıkan Ti11O21 fazı ve anataz veya rutil fazı arasındaki yüzeyin hidrojen tutabildiği ve sıcaklık değişince hidrojeni salabildiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In this work, the role of Pd loading on the Pd morphology and subsequent reactivity of Pd/TiO2 catalyst for CO oxidation and titania surface reduction were investigated. 2D patches of Pd metal were identified on titania surface at low loadings (≤2%). 2D patches give rise to mild-temperature and low pressure reduction of titania surface. In the presence of 2D Pd room temperature reduction was studied with quantitative Temperature Programmed Reduction (TPR) measurement which revealed that 70% of titania surface on 1%Pd/TiO2 was reduced at 300K, owing to Pd acting as a reduction promoter. Pd metal phase change from 2D to 3D with increasing Pd amount was identified by quantitative TPR analysis and HR-TEM measurements. Rate of room temperature reduction of titania surface by hydrogen spillover process disclosed by TPR analyses was found to be directly correlated with the surface area of Pd structures for ≤2% Pd loaded samples. Consequently for 2D particles, atomic hydrogen exhange between metal and support was taking place all through the surface area of metal. Paramagnetic centers formed during hydrogen exposure was monitored with in-situ room-temperature Electron Spin Resonance (ESR) Spectroscopy technique. The oxygen vacancies and Ti+3 species was only detected on low Pd loadings and under vacuum condition. The dependency of ESR signal on pressure was studied with saturation-recovery continous wave ESR experiments which revealed regulation of spin-lattice relaxation time with pressure decrease. Hydrogen spillover process was monitored with operando Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy and it was modelled using hydroxyl signal growth rate. CO oxidation measurements were conducted to reveal changes in catalytic activity by nanoscale nature of the Pd/TiO2 catalyst. In particular, increase in Pd loading in 2D region increased CO conversion substantially while increasing Pd loading when Pd is 3D no significant change occurred. On the other hand, at high temperature hydrogen reduction was found to led to phase change and Magnéli phase production. The phase boundary between Ti11O21 and anatase or rutile phases was found to be able to accommodate hydrogen and release when the temperature was changed.
Benzer Tezler
- 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
- Çinko doplanmış nano titanyum dioksit (TiO2) sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
Synthesıs and applıcatıons of zınc oxıde doped nano titanium dioxide (TiO2)
SEHER NECCAROĞLU IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
KimyaYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ULVİ AVCIATA
YRD. DOÇ. DR. OĞUZHAN AVCIATA
- Competitive interactions among natural organic matter and metal-ions in photocatalytic oxidation systems
Fotokatalitik oksidasyon sistemlerinde metal iyonları ile doğal organik maddeler arasındaki etkileşimler
GONCA HUNCA
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Çevre MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiÇevre Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİRAY BEKBÖLET
- Ftalosiyaninle kaplanmış titanyumdioksidin fotokatalitik uygulamaları
Photocatalytic applications of titanium dioxide coated with phthalocyanine
YAGHUB MAHMIANI
- Suda çözünür bakır ve okso-titanyum (IV) ftalosiyanin bileşiklerinin G-quadrupleks DNA etkileşimlerinin CD spektroskopisi ve izotermal titrasyon kalorimetrisi ile araştırılması
Investigation of G-quadruplex dna interactions of water soluble copper and oxo-titanium (IV) phthalocyanine compounds by CD spectroscopy and isothermal titration calorimetry
GAMZE ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
BiyolojiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiAnalitik Kimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA BAĞDA