Geri Dön

Catalytic and photocatalytic CO2 conversion into valuable chemicals

CO2'nin katalitik ve fotokatalitik yollarla değerli kimyasallara dönüşümü

  1. Tez No: 965433
  2. Yazar: BEYZA YILMAZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. RAMAZAN YILDIRIM
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 162

Özet

Bu tezde, CO2'nin katalitik ve fotokatalitik dönüşüm süreçleri; katalizör tasarımı, performans analizi ve makine öğrenmesi destekli veri yorumlama yöntemleriyle kapsamlı biçimde incelenmiştir. Literatürden derlenen veri setleri üzerinden CO2 metanasyonu, metanol sentezi ve halojenli perovskitlerle gerçekleştirilen fotokatalitik indirgeme süreçlerinde öne çıkan eğilimler analiz edilmiştir. Metanasyon çalışmalarında, Ni en yaygın kullanılan aktif metal olurken, CeO2 ve ZrO2 destekleri en yüksek dönüşüm oranlarını sağlamıştır. Rassal orman algoritması yüksek tahmin performansı göstermiş (R2=0.95 eğitim, R2=0.87 test) ve sıcaklık ile katalizör bileşiminin en etkili değişkenler olduğunu ortaya koymuştur. CO2'nin metanole hidrojenasyonuna ilişkin daha geniş bir veri seti SHAP ve birliktelik kuralları madenciliği (ARM) ile analiz edilmiştir. Ga, Ru, Y gibi metallerin yanı sıra ZnO-ZrO2 ve In2O3-ZrO2 destekleri seçiciliği artıran önemli bileşenler olarak belirlenmiştir. Ayrıca, Cu katalizörlerinin çöktürme, Ru katalizörlerinin ise çöktürme-yüzey biriktirme yöntemleriyle hazırlanması, performansı olumlu yönde etkilemiştir. ARM sonuçları, az çalışılmış bazı metal-destek kombinasyonlarının yüksek seçicilik potansiyeline sahip olduğunu göstermiştir. Fotokatalitik CO2 indirgenmesine yönelik çalışmalarda, literatürde en yaygın olarak kullanılan perovskit CsPbBr3 olsa da, FA ve Bi içeren bileşiklerin daha yüksek gaz üretimi sağladığı belirlenmiştir. MOF'lar, Ti3C2 ve WO3 gibi eş-katalizörler gaz ve sıvı fazda öne çıkmıştır. Rassal orman modeli, bant aralığı ve gaz üretim oranlarını başarılı şekilde tahmin etmiş; sentez yöntemi ve eş-katalizör türü en belirleyici etkenler olmuştur. Deneysel bölümde ise Pt ve Cu yüklü TiO2 katalizörleri, iyonik sıvı kaplamalı ve kaplamasız formlarıyla gaz ve sıvı faz koşullarında test edilmiştir. Gaz fazı deneylerinde CO2 indirgenmesi gözlenmemiş, yalnızca H2 üretimi gerçekleşmiştir. Öte yandan, saf su ile yürütülen sıvı faz deneylerinde özellikle IL:Cu/TiO2 katalizörü belirgin CH4 üretimi sağlamış; Cu ve IL arasındaki sinerjinin CO2 çözünürlüğü, yük aktarımı ve ara ürün stabilizasyonunu artırarak fotokatalitik etkinliği desteklediği anlaşılmıştır.

Özet (Çeviri)

This thesis explores catalytic and photocatalytic CO2 conversion processes with a focus on catalyst design, performance analysis, and machine learning assisted interpretation. A series of datasets compiled from the literature were analyzed to identify patterns governing CO2 methanation, CO2 hydrogenation to methanol, and photocatalytic CO2 reduction using halide perovskites. In methanation, Ni emerged as the most commonly used active metal, with CeO2 and ZrO2 supports yielding the highest conversions. Machine learning model, particularly random forest, demonstrated high predictive accuracy (R2=0.95 for training and R2=0.87 for testing), with temperature and catalyst formulation as key descriptors. For CO2 hydrogenation to methanol, a larger dataset was evaluated. SHAP and association rule mining (ARM) highlighted the significance of Ga, Ru, Y, and support materials such as ZnO-ZrO2 and In2O3-ZrO2 in enhancing selectivity. Cu and Ru catalysts prepared via precipitation and deposition-precipitation methods, respectively, were identified as favorable combinations. ARM results also emphasized promising but underexplored metal–support pairs warranting further experimental validation. Photocatalytic CO2 reduction over halide perovskites was also examined through an extensive dataset. CsPbBr3 dominated the literature, though FA and Bi-based perovskites showed higher gas production rates. MOFs, Ti3C2, and WO3 were among the most effective cocatalysts. The random forest model successfully predicted bandgap values and gas-phase production rates, with preparation methods and cocatalyst strategies identified as key features. Complementing the data-driven analysis, experimental studies were conducted on Pt and Cu-loaded TiO2 photocatalysts, with and without ionic liquids, under gas and liquid-phase conditions. While gas-phase tests yielded limited CO2 reduction, liquid-phase experiments demonstrated measurable CH4 evolution, particularly over IL-modified Cu/TiO2, highlighting the synergistic effect of Cu and IL in enhancing selectivity and activity under water-based, sacrificial agent-free conditions.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    895344

    Tetrapirol türevlerinin sentezi ve enerji alanındaki uygulamaları

    Synthesis of tetrapyrole derivatives and applications in the field of energy

    EKREM KAPLAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ESİN HAMURYUDAN

  2. Tez No

    474302

    CO2 reforming of CH4 over structured ni-based catalysts

    Ni temelli yapılandırılmış katalizörler üstünde CH4'ün CO2 reformlanması

    AYBÜKE LEBA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. RAMAZAN YILDIRIM

  3. Tez No

    845522

    Screening support materials for titanium dioxide based catalyts for gas phase photocatalytic CO Oxidation

    Titanyum dioksit temelli katalizorlerle karbon monoksitin gaz fazinda fotokatalitik oksidasyonu ıcin destek malzemesi secimi

    HANDE KILIÇ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜRKAN KARAKAŞ

  4. Tez No

    938284

    Biyopolimer temelli katalizörlerin biyolojik aktivitelerinin incelenmesi ve yapay fotosentez uygulamaları

    Investigation of biological activities of biopolymer based catalysts and applications of artificial photosynthesis

    MÜNEVVER TUNA GENÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    BiyoteknolojiSelçuk Üniversitesi

    Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İMREN HATAY PATIR

    PROF. DR. CRISTINA POTRICH

  5. Tez No

    646048

    Fotovoltaik (pv) paneller için fotokatalitik, antibakteriyel ve yansıma önleyici yüzey kaplamaların geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and characterization of photocatalytic, antibacterial and antireflective surface coatings for photovoltaic (PV) panels.

    OSMAN ÇELEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    EnerjiAfyon Kocatepe Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA UÇAR

    DOÇ. DR. ATİLLA EVCİN

Geri Dön