Metal dicyanamides as solid adsorbents for CO2/N2 separation and efficient water oxidation catalysts

Enerjiye olan ihtiyaç katlanarak artmakta ve 2050 yılında nüfus artışından dolayı bu ihtiyacın ikiye katlanması beklenmektedir. Fosil kaynaklı yakıtlar kısıtlıdır ve çevreyi olumsuz etkileyen CO2 gazı yayarlar. Bu durum araştırmacıları iki önemli disipline teşvik etmektedir: 1) atmosferden CO2 uzaklaştrılması ve 2) temiz ve etkili alternatif enerji kaynaklarının geliştirilmesi. Karbon emisyonunun azaltılması için endüstriyel işlem sonrası CO2'i seçici olarak ayırabilecek katı adsorbanların geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Yüzey alanı, adsorpsiyon entalpisi ve boşluklardaki fonksiyonel gruplar gibi etkenler CO2 ve yüzey alanının etkileşimini etkilediği için bahsedilen bütün özelliklere sahip olan yeni gözenekli malzemeler tasarlanmalıdır. Bu tez çalışmasında, gözeneklerinde serbest azot atomu bulunduran yeni metal disiyanamit bileşiği Co(hmt)(dca)2 sentezlenmiştir. Yüksek CO2 tutunumu oda sıcaklığında gözlemlenmesine rağmen malzemede N2 alımı sergilenmemiştir. Co(hmt)(dca)2 bileşiğinde boşluklar arası 3.8 Å, N2 ve CO2 kinetik yarıçapları ise 3.6 Å and 3.3 Å olarak belirtildi. Kristal ve N2 arasındaki kinetik yarıçap benzerliği N2 difüzyonunu kısıtlayarak seçiciliği arttırmaktadır.Metal disiyanamit bileşikleri farklı alanlarda yaygın olarak çalışılmasına rağmen CO2 gaz depolama alanındaki ilk çalışmadır. CO2 oranının olumsuz etkileri, karbon içermeyen alternatif enerji kaynakları geliştirilerek aşılabilir. O2 ve H2 üretimi için suyun ışıkla ayrıştırılmasını içeren Hidrojen ekonomisinin, karbon içermeyen sadece su ve güneş ışığına dayanması son zamanlarda çok ilgi çekmiştir. Hidrojen ekonomisinin en zor basamağı olan yarı reaksiyonlardan suyun oksitlenmesi aşaması, özgün katalizörlerin geliştirilmesiye aşılabilir. Bu tez çalışmasında, basit metal disiyanamit bileşikleri su oksitleyici katalizör olarak incelenmistir. Yeni bir metal disiyanamit ailesi M(dca)2(DMF), (M = Co, Ni, Fe) sentezlenip, karakterize edilmiştir. 1 mA.cm-2 akım yoğunluğu 580 mV aşırı potansiyelde elde edildi ve bileşiğe Ni ekleyerek aşırı potansiyel 513 mV'a kadar düşürüldü. Bu çalışma, kobalt disiyanamit bileşiklerinin elektrokimyasal su oksitleyici katalizör olarak kullanıldığı ilk çalışmadır. Elektrokatalik çalışmaları ve uzun süreli elektroliz calışmaları bu malzemelerin etkili bir biçimde suyu oksitlediğini ve uzun süreli katalitik işlem boyunca da dayanıklı olduğunu göstermektedir.