Structural factors determining short- and long-term thermal stability limits of bulk and metal-oxide supported ionic liquids with 1-n-butyl-3-methylimidazolium, [BMIM]+, cation

İyonik sıvılar, 100 °C derecenin altında sıvı fazda, iyonlar halinde bulunan tuzlar olarak tanımlanır. İyonik sıvılar, yapılarındaki anyon/katyon gruplarının değiştirilerek istenilen fiziksel-kimyasal özellikleri sağlayabildikleri için uygulama alanlarında çeşitli avantajlar sağlarlar. İyonik sıvıların farklı metal-oksit destekler üzerindeki ısıl bozunma sıcaklıklarının tespiti, bu sıvıların katalizör sistemlerinde kullanımı ve maksimum uygulanabilir sıcaklıklarının belirlenmesi için çok önemlidir. Bu çalışmadaki amaç, sabit katyona sahip (1-bütil-3-metilimidazolyum) çeşitli anyonlarla oluşturulmuş iyonik sıvıların belirlenen metal-oksit destekler üzerindeki kısa ve uzun dönemli ısıl kararlılıklarının belirlenmesidir. Farklı asitlik değeri taşıyan iyonik sıvıların farklı yüzey yüküne sahip desteklerle nasıl bir etkileşim içerisinde olduğunun bulunması hedeflenmiştir. İyonik sıvılarla kaplanmış metal-oksitlerin ısıl kararlılıkları, termogravimetrik analiz (TGA) yöntemiyle belirlenmiştir. Isıl kararlılığın, iyonik sıvının yapısına bağlı olduğu gözlemlenmiştir. Bu kapsamda, metal-oksit desteklerinin yüzey asitliği ve imidazolyum katyonu üzerindeki C2 protonunun ısıl kararlılığı kontrol eden iki önemli faktör olduğu belirlenmiştir. Aynı zamanda anyon boyutunun da ısıl kararlılık üzerinde rol oynadığı belirlenmiştir. Dokuz iyonik sıvının dört metal-oksit (SiO2, TiO2, γ-Al2O3, MgO) üzerindeki ısıl dayanıklılıkları kullanılarak matematiksel bir model geliştirilmiştir. Bu modelle benzer yapıya sahip iyonik sıvıların farklı yüzey asitliğine sahip metal-oksit destekler üzerindeki ısıl dayanıklılığının tahmin edilebilmesi hedeflenmiştir. Bir sonraki adım olarak ise, dokuz iyonik sıvının isotermal-TGA yöntemiyle γ-Al2O3 üzerindeki uzun dönemli ısıl dayanıklılıklarının belirlenmesi ve bozunma için gerekli olan aktivasyon enerjisinin iyonik sıvının yapısına bağlı olarak nasıl bir değişiklik gösterdiğinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Çalışmalar sonucunda uzun dönemli ısıl dayanıklılıkların kısa dönemli ısıl dayanıklılıklarından en az 60 °C düşük olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmanın sonuçlarına dayanarak, uygulama alanlarında çalışma koşullarına bağlı olarak daha uygun iyonik sıvıların seçilebilmesi öngörülmüştür.