Yüksek Verimli bir Sodyum Borhidrür Hidrolizi için Ucuz Nanokatalizörler Olarak Demir, Kobalt ve Nikel Bazlı Metal Borürler

Günümüz şartlarında ihtiyaç duyulan enerjinin %80'i yenilenemeyen enerji türü olarak da bildiğimiz fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Bu yakıtların yanması sonucunda CO, SO2 ve NOx gibi toksik gazlar oluşmaktadır. Bu gazların başta iklim değişikliği olmak üzere çevre ve insan sağlığı üzerinde bir çok negatif etkileri bulunmaktadır. Enerji ihtiyacını karşılayabilmek için çevre dostu alternatifler araştırılmaktadır. Bunlar arasından hidrojen enerjisi son yıllarda özellikle dikkat çekmektedir. Hidrojenin elde edilebileceği birçok bileşik bulunmaktadır. Bunlar arasından sodyum borhidrür (NaBH4) yüksek gravimetrik hidrojen yoğunluğu, kontrol edilebilir reaksiyon kinetiği, toksik olmaması, yanmaz ve açık havada muhafaza edilmesi kolay olması açısından iyi bir alternatif olarak görülmektedir. Ancak, NaBH4 hidroliz tepkimesinin aktivasyon enerjisi 217 kJ/mol'dür ve görece yüksek bir değerdir. Bu aktivasyon enerjisi değerini düşürebilmek ve daha efektif bir şekilde hidrojen elde edebilmek için tepkime uygun bir katalizör eşliğinde gerçekleştirilmelidir. Geleneksel olarak bilinen platinyum, iridyum, rodyum, rutenyum gibi soymetal katalizörler mükemmel performans sergilese de kısıtlı rezervleri ve yüksek maliyetlerinden dolayı alternatifleri geliştirilmelidir. Geçiş metali borürler, yüksek mukavemet, yüksek sertlik değeri, yüksek kimyasal kararlılık, manyetizasyon özellikleri, iyi aşınma/korozyon dirençleri sayesinde birçok alanda kullanılabilmektedirler. Daha düşük maliyete sahip ve dayanıklı olan geçiş metali borürleri alternatif katalizörler olarak ön plana çıkmaktadırlar. Bu tezde, geçiş metali borürler arasından demir, kobalt ve nikel bazlı metal borürler (Fe–Ni–B ve Co–Ni–B sistemleri) NaBH4'ün hidroliz reaksiyonu için umut vaat eden katalizörler olarak araştırılmak için seçilmiştir. Fe–Ni–B sisteminde, mekanokimyasal yöntem (ardından ıslak öğütme aşaması) ile farklı mol oranlarına sahip katalizör tozlar sentezlenirken, Co–Ni–B sisteminde inorganik ergimiş tuz tekniği kullanılmıştır. Kullanılan yöntemler, nano ölçekli boyutta, homojen parçacık dağılımına ve saf bileşime sahip tozların hazırlanmasına olanak sağlamıştır. Fe–Ni–B sisteminde, Ni3B ve FeB yarı kristalin fazlara, homojen şekle ve 70 nm partikül boyutunda sahip olan toz, dikkate değer bir katalitik performans sergilemiştir. Yüzeyde aktif demir, nikel ve bor türlerinin bulunması, katalitik aktivitenin artmasına katkıda bulunmuştur. Oda sıcaklığında 758 ml H2 min-1 gcat -1 hidrojen üretilebilmiş ve reaksiyonun aktivasyon enerjisi 40.8 kJ/mol'e indirilmiştir. Co–Ni–B sisteminde, homojen morfolojide, yaklaşık 60 nm partikül boyutuna ve saf içeriğe sahip CoB–Ni4B3 kristalin fazlı toz, reaksiyonun aktivasyon enerjisini 32.7 kJ/mol'e düşürerek gelişmiş bir katalitik performans sergilemiştir. Geri dönüştürülebilirlik testlerine göre, her iki sistemdeki nanokatalizör tozlar, 5 ardışık döngü için kullanıldıklarında bile katalitik aktivite sergilemiştir. Soy metallerle rekabet edebilen sentezlenmiş bu katalizörler, yüksek verimli bir NaBH4 hidrolizi için geri dönüştürülebilir, kararlı ve düşük maliyetli malzemeler olarak kabul edilebilir.