Silika kaplı kobalt ferrit manyetik parçacıklar üzerine tutturulmuş bimetalik paladyum-nikel nanoparçacıkların kullanımı ile amin borandan hidrojen üretilmesi

Abstract

Günümüzde katalitik sistenlerdeki yüksek aktiflikleri sebebi ile metal nanoparçacıklar ilgi çekmektedir. Metal nanoparçacıklardan hazırlanan katalizörler homojen ve heterojen katalizörler arasında bir köprü olarak bilinirler. Metal nanoparçacıklar sahip oldukları yüksek yüzey enerjileri sebebi ile sabit değillerdir ve katalitik uygulamalarda birleşerek büyük parçacıklar oluşturma eğilimindedirler. Bunun yanında bu nanoparçacıkları reksiyon ortamından uzaklaştırmak çok zordur. Bunları ayırmak için filtreleme ve santrifuj işlemleri uygulanmaktadır. Sadece metal nanoparçacıkların kullanımından doğan dezavantajları ortadan kaldırmak ve kararlılığı arttırmak ve tekrar kullanımı olan katalizörler elde edebilmek için nanoparçacıkların inorganik destek malzemeleri üzerine sabitlenmesi gerekmektedir. Bu tezde, silika kaplı manyetik parçacıklar üstünde desteklenmiş paladyum ve nikel bimetalik nanoparçacıklarını içeren yeni bir katalizör sistemi hazırlanmıştır. Pd2+ ve Ni2+ iyonlarının silika kaplı kobalt ferrit nanoparçacıklarına eklenmesinden sonra, NH3BH3 ile birlikte Pd2+ ve Ni2+ iyonlarının silika kaplı manyetik nanoparçacıkların yüzeyinde indirgenmesi sonucunda istenilen bimetalik nanoparçacıklar elde edilmiştir. Nanokompozit katalizörlerin karakterizasyonu indüktif olarak eşleşmiş plazma optik emisyon spektrometresi (ICP-OES), X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), geçirimli elektron mikroskobu (TEM), yüksek çözünürlüklü- geçirimli elektron mikroskobu (HR-TEM) ve N2 adsorpsiyon–desorpsiyon teknikleri ile yapılmıştır. Silika kaplı kobalt ferrit (PdNiNPs/SiO2-CoFe2O4) parçacıkları üstünde desteklenen paladyum-bakır bimetalik nanoparçacıkları, oda sıcaklığında, başlangıçta 197 dk-1'lik çevrim frekansı sağlamıştır. Bu katalizör sistemlerinin bir diğer önemli avantajı ise, katalizörün harici bir mıknatıs yardımıyla reaktör duvarında toplanabilmesi ve sürdürülebilir katalitik aktivite özelliği sayesinde tekrar kullanılabilmesidir.Due to their high activity in catalytic systems nowadays metal nanoparticles have attracted much attention. They have known as quasihomogeneous system which bridging homogenous and heterogeneous catalysis. Metal nanoparticles have high surface energy so they are not stable form larger particles in catalytic processes. Besides separation of metal nanoparticles are not easy from the reaction media. To separate them, filtration and centrifugation processes are applied. In order to get rid of the disadvantages of naked nanoparticles and to enhance the stability and to obtain reusable catalysts, immobilization of nanoparticles onto inorganic support materials are necessary. In this thesis, novel catalyst contains of palladium-nickel bimetallic nanoparticles supported on silica coated magnetic particles has been prepared. After addition of Pd2+ and Ni2+ ions on silica coated cobalt ferrite magnetic support, bimetallic nanoparticles formed by reduction of the Pd2+ and Ni2+ ions with NH3BH3 on the surface of silica coated magnetic support materials. The characterization of nanocomposite catalysts were done by inductively coupled plasma/optical emission spectrometry (ICP-OES), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), high resolution- transmission electron microscopy (HR-TEM) and N2 adsorption–desorption technique. Palladium-Nickel bimetallic nanoparticles supported on silica coated cobalt ferrite (PdNiNPs/SiO2-CoFe2O4) provide an initial turnover frequency (TOF) of 197 min-1 at room temperature. Another important advantage of such catalyst system is that, catalysts can be collected with an external magnet in the reactor wall and they can be reused without losing activity and sample lost.