Amonyak-borandan Metanoliz Tepkimesi Yoluyla Tersinir Hidrojen Üretimini Sağlayacak Ligant ve Katı Destekleyici Kararlı Metal Nanokatalizörlerinin Geliştirilmesi

Abstract

Hidrojenin kimyasal olarak depolanmasına yönelik son yıllarda yapılan çalışmalar, düşük molekül ağırlığına (~ 30.7 g/mol), kütlece yüksek hidrojen yoğunluğuna (kütlece % 19.6) sahip, toksik özellik göstermeyen, saklama koşullarında bozunmaya karşı dayanıklı, yanıcı ve patlayıcı olmayan amonyak-boranı en uygun hidrojen taşıyıcı malzeme olarak öne çıkartmaktadır. Bu önemli parametrelere ek olarak amonyak-boranın hidrojenin depolanmasında ve üretilmesinde kullanımının diğer önemli avantajı ise metanoliz tepkimesinden hidrojen üretimi sonucu oluşacak diğer yan ürün olan tetrametoksiborat’ın yüksek verim ve ılımlı koşullarda tekrar amonyak-borana dönüştürülebilmesidir. Son yıllarda bu alanda yürütülen çalışmalar, Rh, Ru ve Pd temelli metal nanokatalizörlerinin bu tepkimede etkin olduğunu göstermektedir. Fakat sentezleri sırasında göz ardı edilen etkin yüzeylerin polimer kararlaştırıcılar tarafından fazlasıyla kapatılması ve kullanılan katı destekleyicilerin yanlış seçiminden dolayı bu katalizörlerin katalitik etkinlik ömür ve tekrar kullanılabilirlik performansları istenilen düzeyde değildir. Bu bağlamda projem kapsamında yapılanlar ve ulaşılan sonuçlar aşağıda özetlenmiştir; (a) Elektron verici uçlu pirimidin birimli heterosiklik ligantlar sentezlenmiş ve spektroskopik teknikler kullanılarak tanımlanmıştır, (b) Polimerlere göre daha küçük sterik engelli bu pirimidin birimli heterosiklik ligantlarlarla kararlı Pd, Ni ve Cu nanokatalizörleri hazırlanmış ve tanımlanmıştır, (c) Zeolitler gibi yüksek miktarda su tutan ve düşük yüzey alanlı katı malzemelere göre daha geniş yüzey alanı sağlayan ve daha düşük sıcaklıklarda dehidrasyonu sağlanan grafen yüzeyine tutturulmuş ligant-serbest Pd, Ni ve Cu nanokatalizörler hazırlanmış ve tanımlanmıştır, (d) Hazırlanmış tüm nanokatalizörlerin katalitik performansları amonyak-boranın metanolizi tepkimesinde katalitik etkinlik, ömür, tekrar kullanılabilirlik performansı yönünden tespit edilmiştir, (e) En iyi katalitik performansın sağlandığı katalizör ile amonyak-boranın metanolizi tepkimesi farklı koşullarda gerçekleştirilerek tepkime kinetiği ve mekanizması incelenmiştir.