Farklı malzemeler ile desteklenmiş etkin metal katalizörlerin geliştirilmesi ve alkali sodyum borhidrür çözeltisinden hidrojen üretiminde kullanılması

Abstract

Gerçekleştirilen bu doktora tez çalışmasında, geleceğin teknolojisi olarak değerlendirilen PEM tipi yakıt hücrelerinin yakıt bölümlerinde ihtiyaç duyulan saf hidrojenin sodyum bor hidrürün hidroliz tepkimesinden daha etkin ve yüksek verimlilikte elde edilebilmesi için polimer destekli metal katalizörlerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, tez kapsamında öncelikle yüzey aktif madde kullanılarak asit varlığında kimyasal oksidatif polimerizasyon yöntemi ile iletken polimerler (polipirol, polianilin ve politiyofen) destek malzemesi olarak sentezlenmiştir. Sonrasında elde edilen polimerik destek malzemeleri ile rutenyum ve kobalt esaslı heterojen katalizörler: kolaylık, düşük maliyet, kontrol edilebilirlik ve tekrar edilebilirlik yönünden avantajlı yöntemler olan emdirme – indirgeme ve çöktürerek – indirgeme yöntemleri kullanılarak sentezlenmiştir. Geliştirilen katalizörlerin NaBH4'ün hidrolizinden hidrojen üretimi sürecindeki katalitik aktivite testleri gerçekleştirilerek hidrojen üretim hızları belirlenmiştir. İlaveten, en yüksek aktivite değerine ulaşılan katalizörler varlığında sodyum borhidrürün katalitik hidrolizi üzerine sıcaklık, NaOH ve NaBH4 konsantrasyonunun etkileri ayrıntılı bir şekilde incelenerek optimum hidroliz şartları belirlenmiştir. Son olarak hazırlanan iletken polimerler ve katalizörler XRD, SEM-EDX, TEM, BET, FT-IR, gibi ileri teknikler kullanılarak karakterize edilmiştir.In this doctoral dissertation, development of highly active polymer supported metal catalysts for pure hydrogen generation for PEM type fuel cells from the sodium borohydride hydrolysis reaction was aimed. For this purpose, within the scope of the thesis, conductive polymers (polypyrrole, polyaniline and polythiophene) were firstly synthesized in the presence of acids by chemical oxidative polymerization method using surfactant. Obtained conductive polymers supported ruthenium and cobalt based heterogeneous catalysts have been synthesized via impregnation – reduction and precipitation – reduction methods which have some advantageous such as easy operation, low cost, controllability and reproducibility. Hydrogen production rates of the developed catalysts were determined by performing catalytic activity tests on the hydrolysis process of the NaBH4. In addition, optimum hydrolysis conditions were determined by examining in detail the effect of temperature, NaOH and NaBH4 concentrations on the catalytic hydrolysis of sodium borohydride in the presence of catalysts having the highest activity values. Finally, the conductive polymers and catalysts were characterized using advanced techniques such as XRD, SEM-EDX, TEM, BET, FT-IR.