Hidrojen üretimi için amin bileşikleriyle kararlaştırılmış paladyum (0) nanopartiküllerinin sentezi, tanımlanması ve katalitik dimetilamin-boranın dehidrojenlenmesinde kullanılması

Abstract

2015 için BirleĢik Devletler Enerji Bakanlığı tarafından belirlenen malzeme bazlı gravimetrik hidrojen hedefinden daha yüksek olanhidrojen kapasitesi (3,5 % ağırlık) nedeniyle son zamanlarda dimetilamin-boran (DMAB, Me2NHBH3), en umut verici hidrojen depolama malzemelerinden biri olarak ilgi çekmektedir. Bugüne kadar, dimetilamin-boran ve ilgili bor-azot bileĢikleri de hidrojen depolama için bir aday olarak birçok araĢtırmanın konusu olmuĢtur. Bu tez kapsamında; (i) dodesilamin (DodAm)-Pd (0) nanopartiküller (NPs)‟in mol oranının Pd (0) NPs katalitik aktivitesi üzerindeki etkisi, (ii) Oda sıcaklığında DodAm ile kararlaĢtırılmıĢ Pd (0) NPs tarafından katalizlenen DMAB‟ın dehidrojenlenmesinin hız kanununu belirlemek için, tepken ve katalizörün deriĢimine bağlı olarak uygun karıĢtırma koĢullarının kinetik etkisi (iii) DodAm ile kararlaĢtırılmıĢ Pd (0) NPs tarafından katalizlenen DMAB‟ın dehidrojenlenmesi için aktivasyon parametrelerinin (Ea, ΔH# and ΔS#) belirlenmesi, (iv) Oda sıcaklığında DMAB‟ın dehidrojenlenmesindeki DodAm ile kararlaĢtırılmıĢ Pd (0) NPs‟in katalitik yaĢam ömrünün gösterilmesi, (v) Santrifüjlenerek reaksiyon çözeltisinden toz halinde izole edilen 2.6 + 0.7 nm parçacık boyutuna sahip olan DodAm ile kararlaĢtırılmıĢ Pd (0) NPs‟in TEM, XRD, XPS, 11B NMR, ATR-IR ve UV-Vis kullanılarak karakterizasyonu, (vi) Aktif paladyum-atom baĢına düĢen doğru TTO ve TOF değerlerini bulmak için kantitatif karbon disülfür (CS2) zehirlenmesi deneyleri, (vii) Oda sıcaklığında DMAB‟ın dehidrojenlenmesindeki DodAm ile kararlaĢtırılmıĢ Pd (0) NPs‟in tekrar kullanılabilirliği ve izole edilebilirliği araĢtırılmıĢtır.

Recently, dimethylamine borane (DMAB, Me2NHBH3) has been appealed as one of the most promising hydrogen storage materials owing to its high gravimetric capacity of hydrogen (3,5 wt%) that is higher than the material-based gravimetric target set by the US Department of Energy (DOE) for 2015. Up to now, dimethylamine borane and related boron-nitrogen compounds have also attracted much research interest as a candidate for hydrogen storage. In the scope of this thesis, it has been investigated; (i) effect of initial dodecylamine (DodAm)-Pd (0) nanoparticles (NPs) molar ratio on the catalytic activity of palladium(0) nanoparticles, (ii) effect of extensive kinetic data under stirring conditions depending on the substrate and catalyst concentrations to define the rate law of DodAm stabilized Pd (0) NPs catalyzed dehydrogenation of DMAB at room temperature, (iii) determination of activation parameters (Ea, ΔH# and ΔS#) for DodAm stabilized Pd (0) NPs catalyzed dehydrogenation of DMAB; (iv) demonstration of the catalytic lifetime of DodAm stabilized Pd (0) NPs in the dehydrogenation of DMAB at room temperature, (v) characterization of DodAm stabilized Pd (0) NPs having an average particle size of 2.6 + 0.7 nm was isolated as powder from the reaction solution by centrifugation and characterized by TEM, XRD, XPS, 11B NMR, ATR-IR and UV-Vis. (vi) quantitative carbon disulfide (CS2) poisoning experiments to find a corrected TTO and TOF values on a per-active-palladium-atom basis, (vii) testing the isolability and reusability of DodAm stabilized Pd (0) NPs nanocatalyst in the room-temperature dehydrogenation of DMAB.