Amonyak boran'ın dehidrojenlenmesi için oldukça aktif ve ekonomik bir katalizör olarak indirgenmiş grafen oksite desteklenmiş Cu3Pd alaşım nanopartikülleri
Cu3Pd alloy nanoparticles supported on reduced graphene oxide as active and economical catalysts for the hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane
Yazar: KÜBRA GÜNGÖRMEZ
Danışman: DOÇ. DR. ÖNDER METİN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışmasında, tek düze parçacık boyutlu CuPd alaşım nanopartiküllerinin (NP) kompozisyon kontrollü sentezi, yapısal tanımlanmaları ve indirgenmiş grafen oksite (İGO) desteklendikten sonra amonyak boranın (AB) hidrolitik dehidrojenlenmesinde katalitik etkinliği incelendi. Tek düze parçacık boyutlu CuPd alaşım NP'leri, paladyum(II) asetilasetonat (Pd(acac)2) ve bakır(II) asetilasetonat (Cu(acac)2) başlangıç metal tuzlarının oleyilamin (OAm) ve 1-oktadesen (ODE) içerisinde morfolin-boran (MB) ile 80°C'de eş-zamanlı indirgenmesi yoluyla sentezlendi. CuPd alaşım NP'leri için oluşturulan reçete komposizyon kontrolüne izin vermektedir. CuPd alaşım NP'leri 2,7nm Cu30Pd70, 2,9nm Cu48Pd52 ve 3,0nm Cu75Pd25 olarak üç farklı komposizyon da sentezlendi ve İGO'ya desteklenen bu kompozisyonlardan AB'nin hidrolitik dehidrojenasyonu için en yüksek katalitik etkinliği Cu75Pd25 alaşım NP'leri gösterdi. Daha sonra test edilen farklı destek malzemeleri arasında Cu75Pd25 NP'lerin AB'nin hidrolitik dehidrojenasyonu için en yüksek katalitik etkinliği İGO-Cu75Pd25 alaşım NP'leri gösterdi. Ayrıca İGO-Cu75Pd25 katalizörü Ar-H2 (%5H2) gazı atmosferinde 400oC'de 1 saat tavlama işlemi yapılarak, oda sıcaklığında AB'nin hidrolizinde çevrim sayısı (TOF) 13,1dk-1'den 29,9dk-1'a artırıldı. İGO-Cu75Pd25 NP'lerinin sağladığı bu TOF değeri literatürde mevcut monometalik İGO-Cu (TOF=3,61dk-1) ve İGO-Pd'dan (TOF=26,6dk-1) daha yüksektir. Cu75Pd25 NP'lerin AB ile hidrolizindeki kinetiği, katalizör miktarı, substrat miktarı ve sıcaklığa bağlı olarak çalışılarak tepkimenin hız yasası ve aktivasyon enerjisi belirlendi.

Abstract:
In this thesis study, the composition-controlled synthesis and catalysis of CuPd alloy nanoparticles (NPs) supported on reduced graphene oxide (RGO) in the hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane (AB) were studied. Nearly monodisperse CuPd alloy NPs were synthesized by using a surfactant-assisted organic solution phase protocol comprising the co-reduction of copper(II) acetylacetonate and palladium(II) acetylacetonate precursors by morpholine-borane complex (MB) in oleylamine and 1-octadecene at 80°C. The presented recipe allowed us to make a composition control over the CuPd alloy NPs. Three different compositions of CuPd alloy NPs (2.7nm Cu30Pd70, 2.9nm Cu48Pd52, and 3.0nm Cu75Pd25) could be prepared among which the Cu75Pd25 NPs showed the best catalytic performance in hydrogen generation from the hydrolysis of AB. Among the various support materials tested for as-prepared Cu75Pd25 alloy NPs, the RGO-Cu75Pd25 catalysts showed the highest performance in the hydrolysis of AB. Moreover, the activity of the RGO-Cu75Pd25 catalysts were dramatically enhanced by annealing them at 400°C for 1h under Ar-H2 (5%H2) gas flow and an unprecedented TOF value of 29.9min-1 was obtained in the hydrolysis of AB at room temperature. The reported TOF value here is much higher than the ones for RGO-Cu (TOF=3.61min-1) and RGO-Pd catalysts (TOF=26.6min-1). The detailed kinetics of RGO-Cu75Pd25 catalyzed AB hydrolysis was also studied depending on catalyst concentration, substrate concentration and temperature.