Enerji uygulamaları için metal organik kafes ve bakteriyel selüloz hibrit yapılardan türetilmiş malzemelerin geliştirilmesi
Investigation of metal organic frameworks and bacterial cellulose derived hybrid materials for energy applications
Yazar: MERT BALKAN
Danışman: PROF. DR. ÜNAL ŞEN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Elektrokatalizör = Electrocatalyst ; Enerji depolama sistemi = Energy storage system ; Gaz depolama = Gas storage

Özet:
Bakteriyel selüloz (BC), çeşitli mikroorganizmaların düşük maliyetle, yüksek saflıkta, büyük ölçekte ve çevre dostu bir üretim yöntemiyle fermantasyonu ile elde edilen bir selüloz türüdür.
Metal-organik kafesler (MOF) metal veya metal kümelerinin organik bağlayıcılarla birbirine bağlanması sonucunda oluşan yeni bir gözenekli kristal malzeme sınıfı olarak ortaya çıkmıştır. MOF' ler, normal gözenek boyutu, birbirine bağlı gözenek yapısı, yüksek düzeyde ayarlanabilen kimyasal işlevsellik ve ultra yüksek spesifik yüzey alanı gibi özellikleri nedeniyle diğer gözenekli malzemelerden daha fazla ilgi görmektedir.
Elektrokimyasal uygulamalarda MOF-BC türevli hibrit malzemeler oldukça yeni bir araştırma konusu olmakla birlikte yeşil enerji uygulamalarına örnek bir yaklaşımdır. Burada, yüksek gözenekli, üç boyutlu birbirine bağlı ağa sahip metal (Fe-Ni)/ N katkılı ağsı karbon bazlı hibrit malzemeler, zeolitik imidazolat çerçeve bazlı nanokristallerin BC nanofibril iskelesi üzerinde yerinde büyümesi yöntemi ile sentezlenmiş ardından inert bir atmosfer altında karbonizasyon ile üretilmişlerdir. Elde edilen malzemelerin, ticari Pt/C katalizörüne karşı analiz sonuçları objektif bir şekilde değerlendirilmiştir. Ticari Pt/C katalizörünü aşan olağanüstü oksijen azaltma reaksiyonu katalitik performansları, sentezlenen metal katkılı karbon bazlı hibrit yapıların geleceğe yönelik umut vadeden, geliştirilmeye değer bir malzeme grubu olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Bacterial cellulose (BC) is a type of cellulose obtained by fermentation of various microorganisms at low cost, high purity, on a large scale and with an environmentally friendly production method.
Metal-organic frameworks (MOF) have emerged as a new class of porous crystalline materials formed as a result of the bonding of metal or metal clusters with organic binders. MOFs are of more interest than other porous materials due to their properties such as normal pore size, interconnected pore structure, highly tunable chemical functionality, and ultra-high specific surface area.
MOF-BC derived hybrid materials in electrochemical applications are a fairly new research topic and an exemplary approach to green energy applications. Here, metal (Fe-Ni)/N doped reticulated carbon-based hybrid materials with a highly porous, three-dimensional interconnected network were synthesized by in-situ synthesis method on the BC nanofibril skeleton of zeolytic imidazolate frame-based nanocrystals. They were then produced by carbonization under an inert atmosphere. The results of the analysis of the obtained materials against the commercial Pt / C catalyst were objectively evaluated. Their outstanding oxygen reduction reaction catalytic performance, surpassing the commercial Pt/C catalyst, shows that the synthesized metal-doped carbon based hybrid structures are promising materials for the future.