Hidrojen üretimi için perovskit tipi oksit malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of perovskite type oxide materials for hydrogen production
Yazar: MÜZEYYEN ÖZDEMİR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BERKE PİŞKİN
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Hidrojen enerjisi = Hydrogen energy ; Perovskitler = Perovskite ; Termokimyasal işlemler = Thermochemical processes

Özet:
Bu çalışmada, A-yer ve B-yer atomunun etkisini gözlemlemek için LaAlO3  aile perovskit yapısı seçilmiş ve  sırasıyla A-yer atomu olarak Na+ ve Sr2+ ve B-yer atomu olarak Mg2+ ve Mn3+ elementleri tercih edilmiş olup La1-xNaxAl1-yMyO3 (x=0,2, 0,4, 0,6 ve 0,8; y=0,3, 0,5, 0,7, 0,9; M=Mg ve Mn) ve La1-xSrxAl1-yMyO3 (x=0,2, 0,4, 0,6 ve 0,8; y=0,3, 0,5, 0,7, 0,9; M=Mg ve Mn) kompozisyonlarının termokimyasal su ayrıştırma testlerinde kullanabilecek redoks malzemesi olarak değerlendirilmesi amacı ile söz konusu bileşimlerin oksijen üretimi, hidrojen üretimi, yeniden oksidasyon verimliliği ve yapısal kararlığı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Pechini yöntemi ile sentezlenen perovksit oksit malzemeler hedeflenen kristal yapının elde edilebilmesi için 1300°C' de 6 saat süreyle ısıl işleme tabi tutulmuştur. Sentezlenen tozların yapısal analizleri detaylı bir şekilde incelenmiş olup, morfolojik incelenmesi için SEM çalışmaları yapılmıştır. Yapılan yapısal analizler sonrasında La1-xSrxAl1-yMgyO3 perovskit ailesi hariç diğer tüm kompozisyonlar perovskit yapısına sahip şekilde sentezlendiği gözlemlenmiştir. Bu prosesi takiben, La1-xNaxAl1-yMnyO3, La1-xNaxAl1-yMgyO3 ve La1-xSrxAl1-yMnyO3 perovskit oksit aileleri hidrojen üretim kapasitelerinin değerlendirilebilmesi için termokimyasal redoks tepkimelerine maruz (Tred≈1400℃, Toks≈800℃) bırakılmıştır. Ele alınan tüm kompozisyonlarda H2 üretimi gözlemlenirken beklendiği üzere H2 üretimi, kompozisyonlardaki katkı elementlerine ve miktarlarına göre farklılık göstermiştir. En yüksek H2 üretimi 254 µmol/g değeri ile La0.4Sr0.6Al0.5Mn0.5O3 kompozisyonunda tespit edilirken, bu kompozisyonunu 218 µmol/g ve 164 µmol/g değerleriyle sırasıyla La0.6Sr0.4Al0.7Mn0.3O3 ve La0.8Sr0.2Al0.9Mn0.1O3 kompozisyonları takip etmiştir.

Abstract:
In this study, LaAlO3 family perovskite structure was chosen to observe the effect of A-site and B-site atoms whereas Na+ and Sr2+ as A-site atoms and Mg2+ and Mn3+ elements as B-site atoms, respectively. La1-xNaxAl1-yMyO3 (x=0,2, 0,4, 0,6, and 0,8; y=0,3, 0,5, 0,7, 0,9; M=Mg and Mn) ve La1-xSrxAl1-yMyO3 (x=0,2, 0,4, 0,6, and 0,8; y=0,3, 0,5, 0,7, 0,9; M=Mg and Mn compositions were investigated as redox materials in order to evaluate the effects of these compounds on oxygen production, hydrogen production, re-oxidation efficiency and structural stability that can be used in thermochemical water splitting cycles. Perovskite oxide materials synthesized by the Pechini method were subjected to heat treatment at 1300°C for 6 hours in order to obtain the targeted crystal structure. Structural analyzes of the synthesized powders were examined in detail, and SEM studies were carried out for morphological observation. After the structural analysis, it was observed that all compositions were synthesized with a perovskite structure, except for the La1-xSrxAl1-yMgyO3 perovskite family. Following this process, La1-xNaxAl1-yMnyO3, La1-xNaxAl1-yMgyO3 and La1-xSrxAl1-yMnyO3 perovskite oxide families were subjected to thermochemical redox reactions (Tred≈1400℃, Toks≈800℃) in order to evaluate their hydrogen production capacity. While H2 production was observed in all the compositions discussed, H2 production differed according to the additive elements and amounts in the compositions, as expected. The highest H2 production was obtained in the composition La0.4Sr0.6Al0.5Mn0.5O3 with a value of 254 µmol/g, this composition was followed by La0.6Sr0.4Al0.7Mn0.3O3 and La0.8Sr0.2Al0.9Mn0.1O3 compositions with a hydrogen production of 218 µmol/g and 164 µmol/g, respectively.