Çevrel faz katalizörlerinin alkol oksidasyonu üzerindeki katalitik etkilerinin incelenmesi
Investigation of catalytic effects of chevrel phase catalysts on alcohol oxidation
Yazar: DUYGU BİRSEN BİRCAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GAMZE KARANFİL KAÇMAZ
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Gün geçtikçe artan enerji tüketimi, çevre koruması konusundaki kamuoyu farkındalığının artması ve mevcut fosil yakıt tabanlı enerji kaynaklarının azalması, alternatif/yenilenebilir enerji kaynaklarına ve bu kaynakların kullanıldığı enerji dönüşüm teknolojilerine yönelik araştırmaların yoğunlaşmasına neden olmuştur. Günümüzde çevre dostu, düşük maliyetli ve yüksek performanslı enerji depolama ve dönüştürme sistemlerinin geliştirilmesi, dünya çapında en çok araştırılan araştırma alanlarından biridir. Yakıt hücreleri de geleceğin en önemli enerji dönüşüm teknolojilerinden bir tanesidir. Yakıt hücreleri, kimyasal enerjiyi elektrokimyasal reaksiyonlarla doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren elektrokimyasal cihazlardır. Günümüzde doğrudan beslemeli yakıt hücreleri kolay taşınabilirlik, yakıt ikmali ve yüksek enerji dönüşümü gibi avantajları yüzünden en çok çalışılan konular arasında yer almaktadır. Düşük molekül ağırlıkları ve yüksek enerji yoğunlukları ile öne çıkan metanol ve etanol gibi alkoller, bu özellikleri ile diğer yakıtlara göre birçok avantaja sahiptir. Alkollerin bu niteliklerinden dolayı yakıthücrelerindeki uygulamalarını konu alan araştırma ve geliştirme çalışmaları günümüzde de yoğun olarak sürmektedir. Pt veya platin alaşımı yakıt hücreleri için popüler bir katalizördür, bu nedenle katalizör tabakası bir yakıt hücresi için maliyetin önemli bir kısmını oluşturur. Katalizör maliyetinin düşürülmesi için bazı çözümlerin öne sürülmesine, araştırma ve geliştirme çalışmalarının uzun yıllardır devam etmesine rağmen platin katalizöre alternatif bir katalizör henüz geliştirilememiştir.
Bu tez kapsamında; doğrudan alkollü (etanol/metanol) yakıt hücresi maliyetinin büyük bir kısmını oluşturan ve alkol oksidasyonu reaksiyonunda (etanol oksidasyon reaksiyonu (EOR)/metanoloksidasyon reaksiyonu (MOR)) akitvasyon sorunları bulunan platin katalizöre alternatif, daha ekonomik ve daha etkin katalizörler olarak ön görülen çevrel fazları (Cu2Mo6S8, Fe2Mo6S8ve Mn2Mo6S8) sentezlenip ve elektrokatalitik özellikleri incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda başlangıç madde oranları, sıcaklık ve süre çalışmalarının çevrel faz oluşumlarında büyük bir etkiye sahip olduğu gözlemlenmiştir. Hem alkali hem de asidik elektrolit ortamında en yüksek akım yoğunluğu değeri ile en iyi elektrokatalitik performansıCu2Mo6S8+CNT katalizörünün sergilediği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Doğrudan alkollü yakıt hücreleri, Etanol oksidasyon reaksiyonu, Metanol oksidasyon reaksiyonu, Katalizör, Çevrel faz

Abstract:
Increasing energy consumption, increasing public awareness on environmental protection and decreasing existing fossil fuel-based energy sources have led to an intensification of research on alternative/renewable energy sources and energy conversion technologies using these sources. Today, the development of environmentally friendly, low-cost and high-performance energy storage and conversion systems is one of the most researched areas of research world wide. Fuel cells are one of the most important energy conversion technologies of the future. Fuel cells are electrochemical devices that convert chemical energy directly into electrical energy through electrochemical reactions. Today, direct-fed fuel cells are among the most studied subjects due to their advantages such as easy portability, refueling and high energy conversion. Alcohols such as methanol and ethanol, which stand out with their low molecular weights and high energy densities, have many advantages over other fuels with these properties. Due to these qualities of alcohols, research and development studies on their applications in fuel cells continue intensively today. Pt or platinum alloy is a popular catalyst for fuel cells, so the catalyst layer is a significant fraction of the cost for a fuel cell. Although some solutions have been proposed to reduce the catalyst costand research and development studies have continued for many years, an alternative catalyst to the platinum catalyst has not been developed yet.
Within the scope of this thesis; chevrel phase catalysts (Cu2Mo6S8, Fe2Mo6S8ve Mn2Mo6S8), which are considered as alternative, more economical and more efficient catalysts to the platinum catalyst, which constitutes a large part of the direct alcohol (ethanol/methanol) fuel cell cost and has activation problems in the alcohol oxidation reaction (ethanol oxidation reaction (EOR)/methanoloxidation reaction (MOR)), were synthesized and their electrocatalytic properties were investigated. As a result of the analyzes, it was observed that the starting material ratios, temperature and time studies had a great effect on the chevrel phase formations. It was determined that Cu2Mo6S8+CNT catalyst
xxvi
exhibited the best electrocatalytic performance with the highest current density value in both alkaline and acidic electrolyte environments.

Keywords: Direct alcohol fuel cells, Ethanol oxidation reaction, Methanol oxidation reaction, Catalyst, Chevrel phase