Synthesis and Characterization of Carboxymethyl Cellulose-Stabilized Nickel-Rhodium Nanoparticles and Their Use as Catalyst in the Hydrolysis of Hydrazine Borane

Abstract

Bu tez çalışmasında, günümüzde yenilenebilir enerji ve hidrojen ekonomisi bağlamında son derece önem kazanmış olan hidrazin boran gibi bir bor bileşiğinden hidrojen eldesini katalizleyen karboksimetil selüloz ile kararlılaştırılmış nikel-rodyum nanokümeleri sentezlendi. Çalışmanın birinci aşamasını, hidrojen eldesinde kullanılacak olan hidrazin boranın (N2H4BH3), dihidrazin sülfat ile sodyum borhidrürün dioksan içerisindeki reaksiyonu sonucu sentezi oluşturmaktadır. Elde edilen ürünün ileri spektroskopik yöntemlerle tanımlanması neticesinde diğer aşamalara geçildi. İkinci aşamada ise hidrazin boranın hidrolizini katalizleyen nikel-rodyum bimetalik nanokümelerinin sentezi gerçekleştirildi. Ni-Rh nanokümeleri sulu çözeltide CMC yardımıyla kararlı hale getirildi. Üçüncü aşamada, sentezi gerçekleştirilen bimetalik nanokümeler, XRD, XPS, (HR)TEM ve UV-görünür bölge spektroskopisi gibi ileri analitik yöntemler kullanılarak tanımlandı. Dördüncü aşamada ise başarılı bir şekilde sentezlenen ve tanımlanan katalizörler hidrazin boranın hidrolizinden hidrojen eldesinde kullanılarak gerekli kinetik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Anahtar kelimeler: Hidroliz, Hidrazin Boran, Nanoküme, Nikel, Rodyum.

In this thesis study, carboxymethyl cellulose-stabilized nickel-rhodium nanoparticles was synthesized to catalyze the hydrogen generation from a boron compound, such as hydrazine borane, which has gained much importance today in the context of renewable energy and hydrogen economy. The first step of this study is the synthesis of hydrazine borane (N2H4BH3) from the reaction of dihydrazine sulfate with sodium borohydride in dioxane. After identification of the product by advanced spectroscopic methods, other steps were started. In the second step, bimetallic nickel-rhodium nanoclusters that catalyze the hydrolysis of hydrazine borane were synthesized. Ni-Rh nanoclusters were stabilized by CMC in aqueous solution. In the third step, the synthesized bimetallic nanoparticles were characterized by advanced analytical methods such as XRD, XPS, (HR)TEM, and UV-visible spectroscopy. In the fourth step, kinetic studies were carried out to liberate hydrogen from hydrolysis of hydrazine borane by successfully synthesized and characterized catalysts. Keywords: Hydrazine Borane, Hydrolysis, Nanoclusters, Nickel, Rhodium.