Preparation of Graphene Oxide Supported Trimetallic Nanoparticles for the Ammonia-Borane Hydrolysis and Determination of Its Electrooxidation Activity

Abstract

Bu yüksek lisans tezinde, grafen oksit (GO) destekli platin (Pt), nikel (Ni) ve kobalt (Co) trimetalik nanopartiküller (PtNiCo@GO) emdirme/indirgeme yöntemi ile hazırlanmıştır. PtNiCo@GO katalizörü karakterizasyonu için X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), endüktif olarak eşleşmiş plazma kütle spektrometresi (ICP-MS) kullanıldı. Farklı atomik oranlarda hazırlanan PtNiCo@GO katalizörünün amonyak-borandan hidrojen üretimi ve amonyak-boranın elektrooksidasyonundaki katalitik performansları incelenmiştir. Amonyak-boranın hidrolizi için Pt0.8Ni0.1Co0.1@GO katalizörü Pt0.6Ni0.2Co0.2@GO, Pt0.4Ni0.3Co0.3@GO and Pt0.2Ni0.4Co0.4@GO'ye göre daha yüksek katalitik aktivite sergiledi. Pt0.8Ni0.1Co0.1@GO katalizörü 35 oC, 0,5 mmol AB ve 50 mg ile yapılan deneyde hidrojen üretim hızı (HG) 540 mL min-1g-1 ve çevrim frekansı değeri (TOF) 42.8 dk-1 olarak hesaplanmıştır. Amonyak-boranın katalitik hidrolizinde aktivasyon parametreleri (Ea, ΔH ve ΔS) sırasıyla 42.22 kJxmol-1, 31.95 kJxmol-1 ve -114.82 Jxmol-1xK-1 olarak elde edildi. PtNiCo@GO katalizörünün Amonyak-boranın elektrooksidasyonu üzerindeki etkileri döngüsel voltametri (CV) ve kronoamperometri (CA) yöntemleri ile araştırıldı. Döngüsel voltametri ölçümleri 100 mVs-1 tarama hızında Ag/AgCl'ye karşı -1V/+1V potansiyel aralığında, kronoamperometri ölçümleri ise -0.2V, 0.1V ve 0.4V sabit potansiyellerinde gerçekleştirildi. Döngüsel voltammetri ve kronoamperometri ölçümleri için 5 mM [Fe(CN)6]3/4 (1 M KCl) redoks probu ve 1 M NaOH + 50 mM amonyak-boran çözeltisi kullanıldı. Anahtar kelimeler: Amonyum boran, Elektrooksidasyon, Grafen oksit, Hidrojen, Hidroliz, Platin-Nikel-Kobalt nanoparçacıklarıIn this master thesis, graphene oxide (GO) supported platin (Pt), nickel (Ni) and cobalt (Co) trimetallic nanoparticles (PtNiCo@GO) were prepared by the impregnation/reduction method. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) were used for the characterization of PtNiCo@GO catalyst. The catalytic performances of PtNiCo@GO catalyst prepared in different atomic ratios in the hydrogen production from ammonia-borane and electrooxidation of ammonia-borane were investigated. For hydrolysis of ammonia-borane, Pt0.8Ni0.1Co0.1@GO catalyst exhibited higher catalytic activity than Pt0.6Ni0.2Co0.2@GO, Pt0.4Ni0.3Co0.3@GO, and Pt0.2Ni0.4Co0.4@GO. The hydrogen generation rate (HG) and turnover frequency (TOF) value were found to be 540 mL min-1g-1 and 42.8 min-1, respectively, in the experiment conducted at 35 oC, 0.5 mmol ammonia-borane, and 50 mg Pt0.8Ni0.1Co0.1@GO catalyst. The activation parameters (Ea, ΔH and ΔS) in the catalytic hydrolysis of ammonia-borane were obtained 42.22 kJ×mol-1, 31.95 kJ×mol-1 and -114.82 J×mol-1×K-1, respectively. The effects of the PtNiCo@GO catalyst on ammonia-borane electrooxidation were investigated by cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA) methods. CV measurements were made at a scanning rate of 100 mV/s in the potential range of - 1V/+1V against Ag/AgCl, and CA measurements were made at constant potentials of - 0.2V, 0.1V and 0.4V. For cyclic voltammetry and chronoamperometry measurements, 5 mM [Fe(CN)6]3/4 (1 M KCl) redox probe and 1 M NaOH + 50 mM ammonia-borane solution were used. Keywords: Ammonia-borane, Electrooxidation, Graphene oxide, Hydrogen, Hydrolysis, Platinum-Nickel-Cobalt Nanoparticles