Development and Characterization of Ruthenium Based Catalyst for Hydrazine-Borane Metanolysis

Abstract

Bu çalışmada, halloysite (HS), silika (SiO2) ve amin aşılanmış silika (SiO2-NH2) gibi farklı katı destek maddeleri destekli Ru (0) nanokümeleri, sulu fazda rutenyum(III) tuzunun katı destek yüzeyine depolanması ve ardından NaBH4 kullanılarak indirgenmesiyle oluşturuldu. Hazırlanan Ru@HS, Ru@SiO2 ve Ru@SiO2-NH2 katalizörlerinin hidrazin-boranın metanolizinden hidrojen üretiminde katalitik etkinlikleri test edildi ve en etkin katalizörün Ru@HS olduğu tespit edildi. Ru (0) nanokümelerinin hazırlanmasında izlenen deneysel yöntem; parçacık büyüklüğü, sıcaklık, çözücü ve indirgeyici parametreleri kullanılarak işlemler gerçekleştirildi. Gerçekleştirilen işlemler sonucunda en etkin katalitik malzeme, indüktif olarak çiftleşmiş kütle spektroskopisi (ICP-MS), geçirimli elektron mikroskopisi (TEM), X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve toz-X ışınları kırınımı (P-XRD) gibi tekniklerle karakterize edildi. HS kararlı Ru (0) nanokümelerinin katalitik etkinliği ile Ru@HS katalizörü varlığında hidrazin-boranın metanolizi tepkimesinin kinetiği; farklı substrat ve katalizör derişimine ve sıcaklığa bağlı olarak incelendi. Hidrazin-boranın metanoliz tepkimesine ait hız eşitliği ve aktivasyon parametreleri (Arrhenius aktivasyon enerjisi; Ea, aktivasyon entalpisi; ΔH≠ ve aktivasyon entropisi; ΔS≠), deneysel çalışmalardan elde edilen kinetik veriler kullanılarak hesaplandı.In this study, Ru (0) nanoclusters supported by different solid support materials such as halloysite (HS), silica (SiO2) and amine-grafted silica (SiO2-NH2) were prepared by storing ruthenium (III) salt in the aqueous phase on the solid support surface and then reducing it using NaBH4. The catalytic activity of the prepared Ru@HS, Ru@SiO2 and Ru@SiO2-NH2 catalysts in the hydrogen production from the methanolysis of hydrazine-borane was tested and it was determined that Ru@HS was the most effective catalyst. The experimental method followed in the preparation of Ru (0) nanoclusters was carried out using the parameters of particle size, temperature, solvent and reductant. As a result of the processes carried out, the most effective catalytic material was characterized by techniques such as inductively coupled mass spectroscopy (ICP-MS), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and powder-X-ray diffraction (P-XRD). The catalytic activity of HS stabilized Ru (0) nanoclusters and the kinetics of the hydrazine-borane methanolysis reaction in the presence of Ru@HS catalyst were investigated depending on the different substrate and catalyst concentrations and temperature. The rate equation and activation parameters of the hydrazine-borane methanolysis reaction (Arrhenius activation energy; Ea, activation enthalpy; ΔH≠ and activation entropy; ΔS≠) were calculated using kinetic data obtained from the experimental studies.