Fonksiyonel grafen türevleri ile desteklenmiş metal nanokümelerinin sentezi, karakterizasyonu ve etilendiamin-bisboran'dan hidrojen üretimindeki katalitik performanslarının araştırılması
Synthesis and characterization of metal nanoclusters supported by functionalized graphene derivatives and the investigation of catalytic performance in the hydrogen production from ethylendiamine-bisborane
Yazar: YAŞAR KARATAŞ
Danışman: PROF. DR. MEHMET GÜLCAN
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Anorganik kimya = Inorganic chemistry ; Metaller = Metals

Özet:
Bu tez çalışmasında, son yıllarda üzerinde çalışılan ve önemli bir B-N türevi olarak değerlendirilen etilendiamin-bisborandan (EDB) hidroliz tepkimesi yoluyla hidrojen üreten yeni katalitik malzemeler hazırlanmış ve karakterize edilmiştir. Bu amaçla, fonksiyonel grafen türevleri olan grafen oksit (GO), amin fonksiyonel grafen oksit (GO-NH2), sülfonik asit fonksiyonel grafen oksit (GO-SO3H), karboksilli asit fonksiyonel grafen oksit (GO-COOH) destekli Pt (0), Pd (0) ve Ru (0) nanokümeleri sentezlenmiştir. Hazırlanan metal nanokümeleri arasında EDB'den hidroliz yoluyla hidrojen üretiminde en etkin olan katalitik malzeme olarak sülfonik asit fonksiyonel grafen oksit destekli Pd (0) nanokümeleri (Pd@GO-SO3H) tespit edilmiştir. Hazırlanmış olan EDB, katı destek malzemeleri ve Pd@GO-SO3H nanokatalizörü, FT-IR, ICP-OES, UV-vis, Raman, XRD, XPS, SEM, TEM, TEM/EDX, HRTEM ve 11B-NMR gibi ileri analitik ve spektroskopik yöntemler kullanılarak karakterize edilmiştir. Pd@GO-SO3H nanokatalizörünün EDB'den hidroliz yoluyla hidrojen üretiminde başlangıç TOF değeri 136 dak-1 olarak hesaplanmıştır. Bu TOF değerinin kaynakçadaki ilgili çalışmalara kıyasla oldukça yüksek olduğu tespit edilmiştir. EDB'nin hidrolizi ile hidrojen üretiminde Pd (0) nanokümelerinin tekrar kullanılabilirlik performansları da araştırılmış ve nanokatalizörün oldukça kararlı olduğu bulunmuştur. Son olarak, farklı sıcaklıklarda katalitik tepkimeler gerçekleştirilerek hidroliz tepkimesi için aktivasyon parametreleri (Ea: Aktivasyon Enerjisi; ΔH#: Aktivasyon Entalpisi; ΔS#: Aktivasyon Entropisi) ilgili denklemler kullanılarak hesaplanmıştır.

Anahtar kelimeler: Etilendiamin-bisboran, Grafen türevleri, Hidrojen, Hidroliz, Metal, Nanoküme.

Abstract:
In this thesis, new catalytic materials that produces hydrogen via hydrolysis reaction from ethylenediamine-bisborane (EDB), which has been studied in recent years and is considered as an important B-N derivative, were prepared and characterized. For this purpose, functional graphene derivatives such as graphene oxide (GO), amine functionalized graphene oxide (GO-NH2), sulfonic acid functionalized graphene oxide (GO-SO3H), carboxylic acid functionalized graphene oxide (GO-COOH) supported Pt (0), Pd (0) and Ru (0) nanoclusters were synthesized. Among the prepared metal nanoclusters, the most effective catalytic material as sulfonic acid functionalized graphene oxide supported Pd (0) nanoclusters (Pd@GO-SO3H) in the production of hydrogen from EDB by hydrolysis was determined. Advanced analytical and spectroscopic methods such as FT-IR, ICP-OES, UV-vis, Raman, XRD, XPS, SEM, TEM, TEM/EDX, HRTEM and 11B-NMR have been used for the characterization of prepared EDB, solid support materials and Pd@GO-SO3H nanocatalyst. Initial TOF value of Pd@GO-SO3H nanocatalyst in hydrogen production from EDB by hydrolysis was calculated as 136 min-1. It has been determined that this TOF value is quite high compared to the related studies in the literature. Finally, by performing catalytic reactions at different temperatures, activation parameters (Ea: Activation Energy; ΔH#: Enthalpy of Activation; ΔS#: Entropy of Activation) for the hydrolysis reaction were calculated using the related equations.

Keywords: Ethylenediamine-bisborane, Graphene derivatives, Hydrogen, Hydrolysis, Metal, Nanocluster.