Tekdüze parçacık boyutlu rutenyum nanopartikülleri: Yeni bir yöntemle sentezi, tanımlanması ve amonyak boranın dehidrojenlenmesinde katalitik etkinliği
A facile synthesis of nearly monodisperse ruthenium nanoparticles and their catalysis in the hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane for chemical hydrogen storage
Yazar: HASAN CAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖNDER METİN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Anorganik kimya = Inorganic chemistry

Özet:
Bu çalışmada, tekdüze parçacık boyutlu rutenyum nanoparçacıklarının basit bir metotla sentezi, ileri analitik yöntemlerle yapısal tanımlanması ve amonyak boranın (AB) sulu çözeltide dehidrojenlenmesinde katalitik etkinlikleri ile ilgili deneysel veriler sunulmaktadır. Tekdüze parçacık boyutlu Ru nanoparçacıkları (NP), kendi geliştirdiğimiz yeni bir yöntem ile hazırlandı. Geliştirdiğimiz metotla Ru NP; rutenyum (III) asetilasetonatın [Ru(acac)3] oleyilamin (OAm) ve benzil eter (BE) içerisinde yüksek sıcaklıkta bozunması ve takip eden indirgenmesi sonucu hazırlandı. Bu protokolde, OAm hem kararlılaştırıcı hem de indirgeyici ajan olarak görev yaparken, BE de yüksek sıcaklık çözücüsü olarak kullanıldı. Ru NP, AB?nin sulu çözeltide dehidrojenlenmesinde (hidroliz) katalizör olarak kullanılmadan önce basit bir sıvı emdirme metoduyla oldukça geniş yüzey alanına sahip alüminyum oksit nano tozlarının üzerine desteklendi (Ru@Al2O3). Hazırlanan Ru@Al2O3 katalizörü AB?nin hidrolizinde 35,92 mol H2 (mol Ru.min)-1 çevrim frekansını sağladı. Ancak Ru@Al2O3 katalizörünün AB?nin hidrolizinde katalitik etkinliği, Ru NP'lerinin yüzeyinde bulunan OAm'lerin asetik asit muamelesiyle uzaklaştırılması sonucu üç kattan fazla artırıldı [TOF= 104,34 mol H2.(mol Ru.min)-1]. Bu TOF değeri, bugüne kadar test edilen geri kazanımı olan Ru katalizörleri arasında en yüksek değere sahiptir ve hatta amonyak boranın hidrolizinde test edilen platin bazlı katalizörlerden bile yüksektir. Ayrıca, burada sunulan çalışma Ru NP?leri ile katalizlenen AB'nin hidrolizi için hız kanununu ve aktivasyon parametrelerinin belirlenmesi için yapılan kinetik çalışmaları içermektedir.
Anahtar Kelimeler: Rutenyum nanoparçacıkları, Al2O3 nanotozu, Heterojen katalizör, Dehidrojenlenme, Amonyak Boran.

Abstract:
Adress herein is a facile method for the synthesis of nearly monodisperse Ru nanoparticles (NPs), their structural characterization by advanced analytical techniques and their catalysis in the hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane (AB) for chemical hydrogen storage are. Ru NPs were prepared by a novel protocol comprising the thermal decomposition and concomitant reduction of ruthenium (III) acetylacetonate [Ru(acac)3] in the presence of oleylamine (OAm) and benzyl ether (BE). In the protocol, OAm served as both a stabilizer and reducing agent and BE used as a high boiling point solvent. Ru NPs were supported on aluminum oxide nanopowder (Ru@Al2O3) via a simple liquid impregnation method before their use as catalyst for the dehydrogenation of AB in water. Without any special treatment to remove the surfactants, Ru@Al2O3 showed high catalytic activity in the hydrolytic dehydrogenation of AB providing an initial turnover frequency (TOF) of 35.92 mol H2.(mol Ru min)-1. Their catalytic performance was further enhanced dramatically by the acetic acid treatment and the initial TOF value is increased to 104.34 mol H2.(mol Ru min)-1 that is the highest among the reusable Ru catalysts and even higher than Pt-based catalysts tested in the hydrolysis of AB. Additionally, the work reported here includes a wealth of kinetic data to determine the rate law and apparent activation parameters for the catalytic dehydrogenation of AB in water.
Keywords: Ruthenium nanoparticles, Al2O3 nanopowder, Heterogeneous catalyst,Dehydrogenation, Ammonia borane.