Exothermic catalytic decomposition of energetic ionic liquids on iridium based catalysts

Hidrazin (N2H4), yörüngedeki uzay araçları için, en yaygın olarak kullanılan iticidir. Bununla birlikte, uzay görevlerinde hidrazin kullanımı, sağlık, çevre ve güvenlik riskleriyle ilgili zorluklara sahiptir. Amonyum dinitramit (ADN) gibi enerjik iyonik sıvılar (EIS), çevre dostu alternatif yakıtlar olarak, umut vadeden seçenekler sunmaktadır. EIS'lar katalizör varlığında verimli ve güvenli bir şekilde bozunabilmektedir. Bu kapsamda, Ir ve Al2O3 içeren tek-metalli aktif sitelere sahip katalizörler, hem emdirme empregnasyonu, hem de nemlendirme empregnasyonu kullanılarak sentezlenmiş ve bu katalizörlerin yapısal özellikleri araştırılmıştır. Al2O3 destek malzemesinin Ir dağılımı ve katalitik ADN bozunması üzerindeki etkileri incelenmiştir. Ir dağılımını arttırmak için, katalizör sistemlerine La ve Ce gibi iyileştiriciler eklenmiş ve sentezlenen numunelere farklı ön işlem koşulları uygulanmıştır. Bunun dışında LaMnO3 (perovskit) yapılarıyla zenginleştirilmiş, Ir aktif siteleri içeren katalizörler de hazırlanarak, performans özellikleri incelenmiştir. En yüksek aktivite gösteren, 5Ir/TH100 (5Ir/Al2O3), 5Ir/L3 (5Ir/La-Al2O3) ve 5Ir/Sir10 (5Ir/Si-Al2O3) formundaki katalizörler, yerinde X-ışını Absorpsiyon Yakın Kenar Spektroskopisi (XANES), yerinde Genişletilmiş X-ışını Soğurma İnce Yapısı (EXAFS), yerinde Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi (yerinde FTIR), Sıcaklık Programlı Desorpsiyon (TPD), X-ışını Kırınımı (XRD), Geçirgen Elektron Mikroskopisi (TEM), Enerji Dağılımlı X-ışını (EDX), Piridin adsorpsiyonu, CO kemisorpsiyonu, X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ve X-ışını Floresan (XRF) analiz teknikleri ile araştırılmıştır. Bulgularımız, 5Ir/TH100 ve 5Ir/L3'ün, ADN bozunma reaksiyonunun başlangıç sıcaklığını olumlu şekilde düşürürken, 5Ir/Sir10'un reaksiyon sırasında basınç oluşumunu artırdığını ortaya koymaktadır. 5Ir/TH100 ve 5Ir/L3 için çoğunlukla metalik Ir nanoparçacıklarının oluşumu, reaksiyonun aktivasyon enerjisinin düşürülmesini sağlar. Öte yandan, 5Ir/Sir10 katalizörünün aktivitesi, destek malzemesinin, SiOx-AlOx, yüzeyi ile güçlü bir şekilde etkileşime giren küçük oksidik Irnx+ kümelerinin üretilmesiyle ilişkilidir. Mevcut çalışmada ortaya konan katalitik temel yapı-işlevsellik ilişkileri, farklı elektronik özelliklere sahip aktif bölgelerin aynı anda kullanılmasıyla daha yüksek performansa sahip havacılık itki sevk sistemleri için yeni katalitik sistemlerin tasarlanmasına ışık tutmaktadır.