Yeni nesil temiz enerji kaynağı olarak hidrojen üretiminde nanomalzemelerin sentezi ve uygulamaları
The synthesis and applications of nanomaterials for hydrogen production as a new generation clean energy sources
Yazar: ÖZNUR ALPTEKİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÜMRAN ERÇETİN ; DOÇ. DR. FATİH ŞEN
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde, dünyanın enerji ihtiyacı giderek artmaktadır. Artan enerji ihtiyacı ve fosil yakıtların yanması ile ortaya çıkan toksik maddelerin zararlı etkileri nedeniyle, yeni nesil temiz enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Yeni nesil temiz enerji olarak hiçbir toksik atığının olmaması ve yüksek enerji içeriği gibi avantajları nedeniyle hidrojen enerjisine yönelim artmıştır. Hidrojen, doğada serbest halde bulunmadığı ve depolama konusunda da sorun yaşandığı için katı formdaki yapılardan hidrojeni çekmek, hem hidrojen üretimini sağlayacak hem de hidrojen depolanmasındaki güçlüğü ve maliyeti minimuma indirecektir. Bu düşünce ile yürüttüğümüz çalışmada; hidrojen üretiminde grafen oksit destek maddeli platin rodyum (PtRh@GO) nanoparçacıklarının dimetilamin boran (DMAB) dehidrojenasyonu üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, ilk olarak katalizörün sentezlenmesi sağlanmıştır. Daha sonra, hazırlanan nanoparçacıklar Raman spektroskopisi, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), X-ışını kırınımı (XRD), Geçirmeli Elektron Mikroskobu (TEM) ve Yüksek Çözünürlüklü Geçirmeli Elektron Mikroskobu (HRTEM) teknikleri ile yapısal özellikleri incelenmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda, elde edilen malzemelerin nano boyutta olduğu ve yüzeyde homojen bir şekilde dağıldığı görülmüştür. Ayrıca, kullanılan nano boyuttaki katalizörün DMAB dehidrojenasyon tepkimesi için kinetik parametreleri incelendiğinde, aktivasyon enerjisi (Ea) 16.653 ± 1  kJ.mol-1 ve çevrim frekansı (TOF) değeri 274.6 h-1 olarak elde edilmiştir. Bu çevrim frekansı değeri literatürdeki en iyi TOF değerlerinden biridir.

Abstract:
Today, the energy need of the world is gradually increasing. The new generation of clean energy sources is needed due to the increased energy needs and the harmful effects of the toxic substances produced by the combustion of fossil fuels. The trend towards hydrogen energy is increased because of such as the lack of any toxic waste as a new generation of clean energy and its high energy content. Since hydrogen is not free in nature and there is a problem with storage, it is thought that withdrawing hydrogen from solid form structures will provide both hydrogen production and minimizing the difficulty and cost of hydrogen storage. In this study with this opinion, the effects of platinum-rhodium supported on graphene oxide (PtRh@GO) nanoparticles on dimethylamine borane (DMAB) dehydrogenation were investigated in hydrogen production. For this purpose, the nanocatalyst was synthesized firstly. Later, prepared nanoparticles were characterized by Raman spectroscopy, X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Transmission Electron Microscopy (TEM) and High Resolution -Transmission Electron Microscopy (HR-TEM). As a result of the investigations, it was observed that the materials obtained were nano-sized and homogeneously distributed on the surface. Additionally, when the kinetic parameters of the catalyst used in the nanoscale for DMAB dehydrogenation reaction is examined, the activation energy was obtained as 16.653 ± 1 kJ.mol-1 and the turnover frequency was 274.6 h-1. This turnover frequency value is one of the best TOF values in the literature.