Karbon destekli metal nanokümelerinin sentezi, tanımlanması ve formik asitin (HCOOH) dehidrojenlenme tepkimesindeki katalitik performanslarının incelenmesi
Synthesis and characterization of carbon supported metal nanoclusters and investigation of their catalytic performance in the dehydrogenation of formic acid (HCOOH)
Yazar: MEHMET YURDERİ
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ZAHMAKIRAN
Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, aktive edilmiş karbon üzerine desteklenen üç metalli PdNiAg nanokümeleri bir kararlaştırıcı kullanılmadan basit bir emdirme yöntemi ile sulu çözeltide oda sıcaklığında tekrarlanabilir bir şekilde hazırlandı. Elde edilen sonuçlar bize C (karbon) yüzeyinin üzerinde iyi bir şekilde dağılmış alaşım formunda ortalama parçacık büyüklükleri 5.6 ± 2.2 nm olan PdNiAg nanokümelerinin oluştuğunu göstermiştir. Bu karbon destekli PdNiAg nanokümeleri ılımlı koşullar altında yakıt hücreleri için güvenli ve uygun bir hidrojen taşıyıcısı olarak büyük bir potansiyele sahip olan formik asitin katalitik dehidrojenlenmesinde heterojen katalizör olarak kullanılmıştır. PdNiAg/C katalizörünün 50 oC'de yüksek seçicilik (~ % 100) ve yüksek etkinlikte (TOF = 85 sa-1) formik asitin katalitik dehidrojenlenmesini katalizleyebildiği bulunmuştur. Daha da önemlisi PdNiAg/C katalizörünün topaklaşmaya, sızmaya ve CO zehirlenmesine karşı sıradışı kararlılığı bu katalizörün formik asit dehidrojenlenmesinde tekrar kullanılabilir bir katalizör yapmaktadır. PdNiAg/C katalizörü 5'inci tekrar kullanımda bile yüksek seçicilik (~ % 100) ve neredeyse başlangıç etkinliğinde (> % 94) formik asit dehidrojenlenmesini tam olarak katalizleyebilmektedir. Bu çalışmada ayrıca PdNiAg/C tarafından katalizlenen formik asit dehidrojenlenmesinin kinetik verileri için [katalizör], [substrat], [HCOONa] derişimlerine ve sıcaklığa bağlı olarak hız denkleminin ve aktivasyon parametrelerinin (Ea, ∆H# ve ΔS#) türetilmesi için çalışılmıştır.

Abstract:
In this study, trimetallic PdNiAg nanoparticles supported on activated carbon were simply and reproducibly prepared by wet-impregnation followed by simultaneous reduction method without using any stabilizer at room temperature. The characterization of the resulting material was done by the combination of complimentary techniques and the sum of their results shows that the formation of well-dispersed 5.6 ± 2.2 nm PdNiAg nanoparticles in alloy form on the surface of activated carbon. These carbon supported PdNiAg nanoparticles were employed as heterogeneous catalyst in the catalytic decomposition of formic acid, which has great potential as a safe and convenient hydrogen carrier for fuel cells, under mild conditions. It was found that PdNiAg/C can catalyze the dehydrogenation of formic acid with high selectivity (∼ 100 %) and activity (TOF = 85 h−1) at 50◦C. More importantly, the exceptional stability of PdNiAg nanoparticles against to agglomeration, leaching and CO poisoning make PdNiAg/C reusable catalyst in the formic acid dehydrogenation. PdNiAg/C catalyst retains almost its inherent activity (> 94 %) even at 5th reuse in thedehydrogenation of formic acid with high selectivity (∼ 100 %) at complete conversion. The work reported here also includes the compilation of kinetic data for PdNiAg/C catalyzed dehydrogenation of formic acid depending on catalyst [PdNiAg], substrate [HCOOH], promoter [HCOONa] concentrations and temperature to determine the rate expression and the activation parameters (Ea, ΔH#, and ΔS#) of the catalytic reaction.