Sodyum bor hidrürden hidrojen üretimi için Co3O4 destek malzemesi üzerine D.C. magnetron saçtırma ve poliol yöntemleri ile Pt, Pd, Ru, Ni ve Co  katalizörlerin hazırlanması
Preparation ofPt, Pd, Ru, Ni and Co  catalysts on Co3O4 support material by D.C. magnetron sputtering and polyol methods for hydrogen production from sodium borohydride
Yazar: GAMZE BOZKURT
Danışman: PROF. DR. ABDULKADİR ÖZER
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı / Nanomalzeme  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Dünya nüfusundaki artış ve mevcut enerji kaynaklarının giderek tükenmesi ülkelerin alternatif enerji kaynaklarına yönelmesine sebep olmuştur. Ayrıca fosil yakıtların çevreye verdiği zarar daha temiz yakıt arayışlarına yol açmıştır. Bu durum göz önüne alındığında tüm dünyayı ilgilendiren bir enerji taşıyıcısı olan hidrojenin aktif bir şekilde kullanılabilmesi için pratik olarak üretilmesi ve depolanması önemli bir konu haline gelmiştir. Bu kapsamda sodyum bor hidrürün (NaBH4) hidrolizi yoluyla hidrojen üretimi için kullanılan katalizörleri sentezleme ve ilgili sistem tasarımı oldukça önemlidir. Bu çalışmada NaBH4'den hidrojen üretimi için mikrodalga ısıtma-poliol ve saçtırma yöntemleri kullanılarak Co3O4 destek malzemesi üzerine Ni, Co, Ru, Pd ve Pt katalizörleri sentezlenmiştir. Katalizörler ve destek malzemesi X-ışını difraktometresi (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), geçirimli elektron mikroskobu (TEM), X-ışını fotoelektron spekrometresi (XPS), İndüktif eşleşmiş plazma kütle spektrometresi (ICP-MS), azot adsorpsiyon/desorpsiyon izotermleri (BET) ve Fourier dönüşüm kızılötesi spektroskopisi (FTIR) yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Katalizörlerin ortalama partikül boyutları 3,2-33,9 nm arasında değişiklik göstermiştir. Hazırlanan katalizörlerin aktivitelerinin incelenmesi için bir sistem tasarımı yapılmış ve uygulamaya alınmıştır. Reaktör için ısıtma-soğutma sistemi tasarlanmıştır. Reaktörden çıkan hidrojen kurutucudan geçirildikten sonra hidrojen için kalibre edilmiş yüksek hassasiyetli kütlesel akış ölçüm cihazına gönderilmiş ve zamana karşı hidrojen debileri otomatik olarak ölçülerek veriler kaydedilmiştir. Katalizör miktarı, NaBH4 ve NaOH konsantrasyonunun hidrojen üretim hızına etkileri incelenmiştir. En yüksek hidrojen üretim hızı 6514 ml/gkat.dk ile mikrodalga ısıtma-poliol yöntemi ile hazırlanan Ru-Co3O4 katalizöründen elde edilmiştir. Mikrodalga ısıtma-poliol yöntemi ile hazırlanan katalizörlerin saçtırma yöntemi ile hazırlanan katalizörlerden daha yüksek aktivite gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
The increase in world population and the gradual depletion of existing energy sources have led the countries to turn to alternative energy sources. In addition to, the damage to environment of fossil fuels has led to cleaner fuel-seeking. Given this situation, practical production and storage of hydrogen become an important issue so that it can be used actively. In this context, the synthesis of the catalysts used for hydrogen production by hydrolysis of sodium borohydride and the related system design has become a very important subject. In this study, Ni, Co, Ru, Pd and Pt catalysts were synthesized on Co3O4 support material by microwave irradiation-polyol and sputtering methods for hydrogen generation from sodium borohydride. Catalysts and support material were characterized by X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectrometry (XPS), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), nitrogen adsorption/desorption isotherms (BET) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The average particle sizes of the catalysts varied in between 3.2-33.9 nm. A system has been designed in order to determine the activity of the prepared catalysts. A heating-cooling system was designed for the reactor. Hydrogen released from the reactor was dried in a dryer and then the dried gas was measured with a high-precision mass flow meter calibrated for hydrogen and related data corresponding to the hydrogen flow rates with respect to time were recorded automatically. The effects of catalyst amount, NaBH4 and NaOH concentration on hydrogen production rate were investigated. The highest hydrogen production rate was obtained from Ru-Co3O4 catalyst prepared by microwave irradiation-polyol method as 6514.3 ml/gkat.dk. Catalysts prepared by microwave irradiation-polyol method were determined to have higher activity than catalyst prepared by sputtering method.