G-C3N4/TiO2 destekli Ru(0) nanoparçacıkların (Ru@g-C3N4/TiO2) transfer hidrojenasyon reaksiyonlarındaki fotokatalitik etkinliklerinin incelenmesi
Investigation of photocatalytic performance of Ru(0) nanoparticles (Ru@g-C3N4/TiO2) supported on g-C3N4/TiO2 in transfer hydrogenation reactions
Yazar: CİHAT YURTDAŞ
Danışman: PROF. DR. MURAT AYDEMİR
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı / Nanoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Katalizörler = Catalysts ; Metal nanopartiküller = Metal nanoparticles ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Rutenyum = Ruthenium ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide

Özet:
Katalitik transfer hidrojenasyon, kararlı hidrojen vericisi içermesiyle moleküler hidrojenlemeye alternatif bir metottur. Proton vericisi olarak iso-PrOH'un kullanıldığı bir hidrojen transfer reaksiyonu çevre açısından zararlı madde kullanılmaması ve yüksek basınç koşulları altında çalışma sistemine sahip olmaması gibi nedenlerden dolayı oldukça avantajlıdır. Çoğunlukla Ru katalizörleri kullanılarak gerçekleştirilen transfer hidrojenleme reaksiyonları aromatik veya alifatitik ketonları ikincil alkollere dönüştürmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ru katalizli transfer hidrojenleme reaksiyonları moleküler hidrojenasyona göre ılıman reaksiyon koşulları ve düşük toksisite gibi avantajları nedeniyle farmasötik ara ürünlerin, doğal ürünlerin, fonksiyonel materyallerin ve biyomoleküllerin sentezinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada kütlece farklı yüzdelerde üretilen g-C3N4/TiO2 destekli Ru(0) nanoparçacıklar (Ru@g-C3N4/TiO2) ıslak emdirme ve indirgeme yöntemiyle kütlece %0.1, %0.5, %1, %2 ve %3 olarak hazırlandı. Ru@g-C3N4/TiO2 nanoparçacıkların karakteristik özellikleri P-XRD, TEM, HRTEM, FT-IR, SEM-EDX, XPS, ICP, BET gibi ileri düzey analitik yöntemlerle tanımlandı. Ru@g-C3N4/TiO2 nanoparçacıkların transfer hidrojenasyonundaki katalitik ve fotokatalitik etkinliği görünür ışık altında incelendi ve katalitik dönüşüm oranları gaz kromotagrafisi tekniği ile belirlendi. Çalışmamızda katalik ve fotokatalitik transfer hidrojenasyon reaksiyonlarında ilk kez farklı yüzdelerde hazırlanan Ru@TiO2/g-C3N4 nanokatalizörü kullanılmıştır. Ru@TiO2/g-C3N4 nanokatalizörünün etkinliği asetofenon türevlerinin izopropil alkol ile transfer hidrojenasyon tepkimlerinde test edildi. GC cihazındaki en yüksek dönüşüm kütlece 4:1 TiO2/g-C3N4 kullanılarak hazırlanan destek maddesine yüklenen Ru(0) (kütlece %2 oranı)  nanokatalizörlerinden elde edildi. HRTEM ile elde edilen görüntülere göre hazırlanan Ru@TiO2/g-C3N4 nanokatalizörün tanecik boyutu ortalama 2.8 nm olduğu görüldü. Sonuç olarak %2 metal yüklü hazırlanan Ru@TiO2/g-C3N4nanokatalizörünün katalitik etkinliği GC dönüşüm oranı 24 saatte % 88,57 bulundu. Bunun yanı sıra görünür ışık altında 24 saatte fotokatalitik olarak etkinliğinin çok düşük (24 saatte %20) olduğu gözlendi.

Abstract:
Catalytic transfer hydrogenation is an alternative method to molecular hydrogenation because it contains a stable hydrogen donor. In which iso-PrOH is used as a hydrogen source, is very advantageous because it does not use environmentally harmful substances and does not require high pressure conditions. Transfer hydrogenation reactions, mostly using Ru catalysts, are widely used to convert aromatic or aliphatitic ketones into secondary alcohols. Ru catalyzed transfer hydrogenation reactions are widely used in the synthesis of natural products, biomolecules, pharmaceutical intermediates, and functional materials due to their advantages such as mild reaction conditions and low toxicity compared to molecular hydrogenation. In this study, Ru(0) nanoparticles (Ru@TiO2/g-C3N4) supported by TiO2/g-C3N4 in different percentages by mass were prepared and identified by advanced analytical methods such as P-XRD, TEM, XPS, HR-TEM, FTIR, SEM-EDX, XPS. Photocatalytic efficiency of Ru@TiO2/g-C3N4 nanoparticles in transfer hydrogenation reactions was investigated under visible light and catalytic conversion rates were found by gas chromatography method. In this study, Ru@TiO2/g-C3N4 nanocatalyst prepared in different percentages was used for the first time in catalytic and photocatalytic transfer hydrogenation reactions. The acetophenone derivatives of Ru@TiO2/g-C3N4 nanocatalyst were tested in hydrogen transfer reaction reactions with isopropyl alcohol. The photocatalytic efficiency of Ru@TiO2/g-C3N4 nanocatalyst prepared in different percentages was tested in the transfer hydrogenation reactions of acetophenone derivatives with isopropyl alcohol, and the best yield was Ru(0) attached to the support material prepared using 4:1 TiO2/g-C3N4 by mass. Were obtained from nanocatalysts. The highest conversion in the GC device was obtained from Ru(0) (2% by mass) nanocatalysts loaded on the support material prepared using 4:1 TiO2/g-C3N4 by mass. It was observed that the particle size of the Ru@TiO2/g-C3N4 nanocatalyst prepared according to the images obtained by HRTEM was 2.8 nm on average. As a result, the catalytic efficiency of the Ru@g-C3N4/TiO2 nanocatalyst prepared with 2% metal load was found to be 85% in 15 hours. In addition, it was observed that its photocatalytic efficiency was very low (%20 in 24 hours) under visible light in 24 hours.