Karbon destekli polianilin elektrotta karbondioksitin indirgenmesi
Reduction of carbon dioxide on carbon supported polyaniline electrode
Yazar: RUKAN SUNA KARATEKİN
Danışman: PROF. DR. FATİH KÖLELİ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Karbondioksitin elektrokimyasal indirgenmesi önemli bir prosestir. Bileşiğin düşük aşırı gerilimlerde indirgenmesindeki temel işlem, hidrojenasyondur. Hidrojenasyonu verimli hale getirmek için uygun katalizörlere ihtiyaç vardır. Pt-grubu metallerin kullanıldığı durumlarda amaç genelde hızlı hidrojen oluşturmaktır. Dolayısıyla bu tip malzemeler yüzeydeki aşırı konveksiyon nedeniyle hidrojenasyon tepkimelerine uygun değillerdir. Hidrojenasyon için hidrojen gazının oluşmasından ziyade adsorbehidrojen atomuna (Had) ihtiyaç vardır. Kontrollü Had oluşumunu desteklemek için metal olmayan destek malzemeleri, değişik modifikasyonlarla kullanılabilmektedir. 
Bu tez kapsamında karbondioksitin kullanılabilir organik malzemelere dönüştürülmesi için polimer kaplı grafit kâğıt kullanılmıştır. Gaz difüzyon elektrot (CP) adıyla da bilinen bu malzemeler elektrik iletkenliği ve mekanik dayanıklılığı açısından elektrot olabilme şartını yerine getirebilmektedir. Tez çalışması kapsamında aktifleştirilmiş karbon kâğıdı yüzeyi polianilin kaplanarak (PANİMACP) incelemelere hazır hale getirilmiştir. Hazırlanan elektrotların hidrojen oluşumundaki ve daha sonra da karbondioksitin indirgenmesindeki aktivitesi incelenmiştir. 
Geliştirilen bu elektrot üzerinde hidrojen çıkışı bir Pt veya Pt grubu metale nazaran çok daha kontrollüdür (yavaş). Hidrojenasyon reaksiyonları için bu istenen bir durumdur. Bu bağlamda sentezlenen malzeme aranılan şartları yerine getirmektedir.
Karbondioksitle doyurulmuş çözelti içerisinde gerçekleştirilen elektrolizler sonucunda elde edilen tek ürün formik asit olmuştur. Formik asite ait en yüksek faradaik verim -0,5V (Ag/AgCl)'da %72 bulunmuştur. Bu değerler hali hazırda literatürde bilinen en iyi değerlerdir. Örneğin, bu değerler polianilin kaplı Pt elektrotta -0,4V için %12,6'dır. 
Sonuçta karbondioksitin indirgenmesi için bu tez kapsamında hazırlanan elektrodun Pt bazlı elektrottan daha aktif olduğu belirlenmiştir. Dolayısıyla karbondioksit indirgenmesinde Pt ve diğer metallerin kullanımından vazgeçilebilecek daha aktif bir elektrokatalizör elde edilmiş olup literatüre tanıtılacaktır.

Abstract:
Electrochemical reduction of carbon dioxide is an important process. Hydrogenation is the main process of reducing the compound at low overvoltages. Suitable catalysts are needed to make effective the hydrogenation. When Pt-group metals are used for hydrogen evolution, the goal is usually to generate fast hydrogen. Therefore, such materials are not suitable for hydrogenation due to direct convection on the surface. For hydrogenation, adsorbed hydrogen atoms (Had) are needed rather than hydrogen gas. Non-metallic support materials can be used with various modifications to support controlled Had formation.
In this thesis, polymer coated graphite paper is used to convert carbon dioxide to usable organic materials. These materials, also known as gas diffusion electrode (CP), are fulfilling the requirement of being an electrode thanks to their electrical conductivity and mechanical strength. In this thesis, for electrode preparation, carbon paper (CP) was activated then ACP was coated with polyaniline (PANİMACP). Activity of prepared electrode was investigated for not only hydrogen evolution and reduction of carbondioxide 
The hydrogen evolution on this electrode is much more controllable than Pt and Pt-group metals. This is a desirable situation for hydrogenation. In this context, the synthesized material satisfies the required conditions. 
As a result of electrolyis, only formic acid was obtained in carbondioxide-saturated solution. The highest faradic efficiencyof formic acid was found 72% at -0.5V (Ag/AgCl). These values are the best already known values in the literature. For example, for polianiline coated-Pt electrode these values are %12,56 at -0,4V (Ag/AgCl).
As a result, it was determined that the as-prepared electrode in this thesis for carbon dioxide reduction is more active than Pt-based electrodes. Thus, a more active electrocatalyst which can lead to abandon the usage of Pt and other metals for reduction of carbon dioxide has been obtained and will be introduced to the literature.