Biyobenzer sıvı-sıvı arayüzeylerde WC temelli katalizörlerin katalitik aktivitelerinin incelenmesi
Investigation of catalytic activities of WC-based catalysts at bio-inspired liquid-liquid interfaces
- Tez No: 954657
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRE ASLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyokimya, Enerji, Biochemistry, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Selçuk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyokimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyokimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 90
Özet
Günümüzde artan fosil yakıt kullanımı ve bununla beraber çevresel problemlerin oluşturduğu ciddi tehditler, enerji ihtiyacına yönelik alternatif kaynakların arayışını hızlandırmıştır. Hidrojen, yüksek ısıl değeri ve çevreci olması nedenleri ile fosil yakıtların alternatifi olabilecek önemli bir ara enerji taşıyıcısıdır. Hidrojen üretim metotlarından biri olan, biyolojik membranlar ile benzer özelliklere sahip sıvı-sıvı arayüzeylerde hidrojen üretim reaksiyonu alternatif hidrojen üretim proseslerine göre tekrar uygulanabilirliği, katı elektrotların temizlenmesi gibi ön aşamaların ortadan kaldırılması ve elektrolizörlere geçiş için bir basamak görevi görmesi gibi önemli avantajlarıyla öne çıkmaktadır. Katalitik hidrojen üretiminde kullanılan en bilinen katalizörler Pt gibi değerli metaller ve bunların alaşımlarıdır. Ancak bu değerli metal katalizörlerin yüksek katalitik aktivitelerine rağmen doğada az bulunmaları ve yüksek maliyetleri kullanımlarını sınırlandırmaktadır. Son zamanlarda değerli metallere alternatif olarak genellikle Mo ve W temelli sülfürler, selenürler ve karbürlerin katalitik aktiviteleri oldukça ilgi çekmektedir. Özgün elektronik yapısı ve termal/kimyasal kararlılığı gibi özellikleri nedeniyle WC'ün katalitik uygulamalarda önemli bir aday olduğu, ancak mikro boyutlarda daha az aktif yüzey alanıyla proton adsorpsiyonunu azaltması katalitik aktivitesi için sınırlayıcı bir faktördür. Bu bağlamda güncel çalışmalar, metal katkılanması, heteroeklem tasarımı gibi stratejilere odaklanmaktadır. Bu tez araştırması kapsamında ilk defa hidrojenaz enziminden esinlenilmiş geçiş metalleriyle tasarlanan WC temelli katalizörlerin (WC/Ni, WC/Co ve WC/NiCo), sıvı-sıvı arayüzeylerde optik, elektrokimyasal ve kromatografik olarak hidrojen üretim reaksiyonundaki aktiviteleri incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Daha sonra kompozit katalizör tasarımında yerinde sentez metodu araştırılmıştır. Elektrodepozisyon yöntemi, sentez aşamasındaki karmaşık prosedürlerini, oluşturulacak yardımcı katalizörlerin büyük partikül boyutlarında olmasını ve arayüzeyde katalizörlerin eşit dağılımı gibi problemleri ortadan kaldırmaktadır. Hidrojenaz enzimlerinden esinlenilmiş katalizör tasarımının yanında elektrodepozisyon yoluyla ilk defa bu tez çalışmasında WC katalizörleri üzerinde MoSx, Pt ve Cu yardımcı katalizörlerinin öncü tuzlarından yerinde ek bir sentez prosedürüne ihtiyaç duyulmadan oluşturulmuş ve sıvı/sıvı arayüzeylerde hidrojen üretim çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu tez çalışmasında tasarlanan katalizörlerin sıvı/sıvı arayüzeylerde hidrojen üretim performansını katalizörsüz reaksiyonlara göre önemli seviyede arttırdığı ve değerli metallere alternatif olabileceği görülmüştür. Katalitik aktiviteleri kanıtlanan katalizörlerin yapısal ve morfolojik özellikleri X-ışını difraktometresi (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), taramalı elektron mikroskopu (TEM), geçirimli elektron mikroskopu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) gibi ileri karakterizasyon yöntemleriyle aydınlatılmıştır.
Özet (Çeviri)
Increased use of fossil fuels and the serious threats posed by resulting environmental problems have accelerated the search for alternative energy sources. Hydrogen, due to its high calorific value and environmental friendliness, is considered a significant intermediate energy carrier and a potential alternative to fossil fuels. Among hydrogen production methods, hydrogen production reactions at liquid-liquid interfaces, which possess properties similar to biological membranes, stand out with important advantages. These include reusability, elimination of pre-processing steps such as cleaning solid electrodes, and serving as a transitional step for electrolyzer applications. The most well-known catalysts used in catalytic hydrogen production are precious metals such as Pt and their alloys. However, despite their high catalytic activities, the limited natural abundance and high costs of these precious metal catalysts restrict their widespread use. Recently, the catalytic activities of Mo- and W-based sulfides, selenides, and carbides have garnered significant attention as alternatives to precious metals. Due to unique electronic structure and thermal/chemical stability properties, WC is an important candidate in catalytic applications, but the reduced proton adsorption with less active surface area is a limiting factor for its catalytic activity. In this context, recent studies have focused on strategies such as doping with metal doping, heterojunction design. This thesis investigates, for the first time, the activity of WC-based catalysts (WC/Ni, WC/Co, and WC/NiCo) designed with transition metals inspired by hydrogenase enzymes in hydrogen production reactions at liquid-liquid interfaces. Their optical, electrochemical, and chromatographic properties were analyzed and compared. Furthermore, the in situ synthesis method was explored for composite catalyst design. Electrodeposition, used as a synthesis method, eliminates challenges such as complex procedures during synthesis, the formation of auxiliary catalysts with large particle sizes, and the uneven distribution of catalysts at the interface. In addition to the catalyst designs inspired by hydrogenase enzymes, this thesis introduces, for the first time, the formation of auxiliary catalysts (MoSx, Pt, and Cu) directly on WC catalysts via electrodeposition, using precursor salts without requiring an additional synthesis procedure. Subsequently, hydrogen production studies at liquid-liquid interfaces were conducted. The catalysts designed in this thesis demonstrated a significant increase in hydrogen production performance at liquid-liquid interfaces compared to catalyst-free reactions, suggesting that they could serve as alternatives to precious metals. The structural and morphological properties of the catalysts, whose catalytic activities were proven, were characterized using advanced techniques such as X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), and Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX).
Benzer Tezler
- Mass spectrometry based approaches for monoclonal antibody characterization and target discovery in endoplasmic reticulum associated protein degradation (ERAD) pathway
Monoklonal antikor karakterizasyonu ve endoplazmik retikulum ilişkili protein yıkım (ERAD) yolağında hedef keşfi için kütle spektrometrisi temelli yaklaşımlar
BARAN DİNGİLOĞLU
Doktora
İngilizce
2025
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GİZEM DİNLER DOĞANAY
- Empirical and computational inquest into biosimilar and next-generation insulin analogs manufacturing: Unveiling structural, analytical, and dynamic attributes through recombinant technological approaches
Biyobenzer ve yeni nesil insülin analoglarının üretimine dair deneysel ve hesaplamalı araştırma: Rekombinant teknolojik yaklaşımlarla yapısal, analitik ve dinamik özelliklerin ortaya çıkarılması
ESRA AYAN
Doktora
İngilizce
2024
BiyokimyaKoç ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN DEMİRCİ
- Optimization of biosimilar monoclonal antibody production in CHO cells and its characterization
CHO hücrelerinde monoklonal antikor üretim optimizasyonu ve karakterizasyonu
BERNA ÜSTÜNER
Doktora
İngilizce
2021
BiyoteknolojiYeditepe ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ÇİMEN
- Biyobenzer insan monoklonal antikorlarının üretiminde üst akım sürecinin optimizasyonu
Optimization of upstream process for biosimilar human monoclonal antibodies
ÇAĞLA KIRIMLIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyolojiGebze Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAMER YAĞCI
- Downstream process development platform for biosimilar monoclonal antibody drug molecule
Biyobenzer monoklonal antikor ilaç molekülü için alt akım proses geliştirme platformu
DİLARA BAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
BiyoteknolojiAcıbadem Mehmet Ali Aydınlar ÜniversitesiMedikal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGE CAN