Mangan oksit bazlı monodispers-gözenekli mikrokürelerin sentezi ve enerji bazlı uygulamaları

Tez kapsamında çok basamaklı kalıp destekli indirgeme yöntemiyle monodispers-gözenekli mangan oksit (MnOx) mikroküreleri ilk kez sentezlenmiştir. Kalıp materyali olarak monodispers-gözenekli poli(metakrilik asit-ko-etilen dimetakrilat) mikroküreleri kullanılmıştır. Polimer/ MnOx kompozit yapısı geniş bir sıcaklık aralığında (380-560 °C) kalsine edilmiştir. Artan kalsinasyon sıcaklığı ile beraber elde edilen MnOx mikrokürelerinde mezo gözenekten makro gözenekliliğe ve kristal yapıda ise monoklinik Mn5O8'den a-MnO2'ye geçişlerin olduğu görülmüştür. Bu yöntem ile elde edilen MnOx mikroküreleri 3-5 μm boyut aralığında olup, ortalama gözenek boyutu ise 15-59 nm aralığında ve 17-71 m2/g özgül yüzey alanına sahiptirler. MnOx mikrokürelerinin uygun boyut ve gözeneklilik özellikleri, sürekli bir mikro ayırma kolonunda sabit faz olarak kullanılabilirliğini mümkün kılmaktadır. Sentezlenen monodispers-gözenekli MnOx mikroküreleri amin gruplarıyla türevlendirilip iridyum oksit nanopartiküller (IrO2 NP) ile dekore edilerek kimyasal su oksidasyon çalışmalarında heterojen katalizörler olarak kullanılmıştır. Mn5O8, MnO2 ve Mn2O3 mikrokürelerin hem düz formları hem de IrO2 NP'ler ile dekore edilmiş formlarının katalitik aktiviteleri ölçülmüştür. MnOx mikrokürelerinin kendine özgü çoklu oksidasyon durumları ve aktif bölgelerle olan etkileşimi sonucu yüksek katalitik aktivite gözlemlenmiştir. IrO2@Mn5O8 mikroküreleri ile 30 dk'da 244 μmol oksijen oluşumu elde edilmiştir. Tekrar kullanılabilen katalizörler ile TON ve TOF sırasıyla 298 ve 557 h-1 olarak bulunmuştur. Seçici benzil alkol (BzOH) oksidasyonunda heterojen katalizör olarak kullanılmak üzere amin gruplarıyla türevlendirilen MnOx mikroküreleri, 3 nm boyutlu paladyum nanopartikülleri (Pd NP) immobilize edilerek sentezlenmiştir. Mn5O8 ve MnO2 mikroküreleri destek olarak kullanılmıştır. Referans olarak benzer boyut ve gözeneklilik özelliklerine sahip titanyum dioksit ve silisyum dioksit mikroküreleri (Pd@TiO2, Pd@SiO2) sentezlenmiştir. Pd@Mn5O8 mikroküreleri ile en yüksek BzOH dönüşümü (%92.2) ve benzaldehit (BzCHO) seçiciliği (%96.3) elde edilmiştir. Aktif bölgeler ile Mn5O8 mikroküreleri arasında sinerjistik bir etkileşimin olması ve Mn5O8'in çok değerlikli yapısı [Mn(II), Mn(III), Mn(IV)] oksijen boşlukluklarının oluşumuna katkıda bulunarak yüksek katalitik aktive göstermesini sağlamıştır. Pd@Mn5O8 mikroküreleri 5 döngü sonrası yüksek katalitik aktivite göstermeye devam etmiş, kararlı yapıda katalizörlerdir. Kalıp materyali olarak monodispers-gözenekli poli(gliserol dimetakrilat) (poli(GDMA)) mikroküreleri kullanılarak içi boş MnOx (h-MnOx) mikroküreleri sentezlenmiştir. 1 μm boyutlu h-MnOx'ler katot malzemesi olarak süperkapasitörlerde (SC) kullanılmıştır. Ayrıca indirgenmiş grafen oksit (rGO) yapıları ile farklı katkılama oranlarında (%w/w) kompozitler (rGO/h-MnOx) sentezlenmiştir. rGO/h-MnOx kompozitlerinin döngüsel voltametri (CV) ve şarj-deşarj (GCD) analizleri 2 elektrotlu hücre konfigürasyonu ile test edilmiştir. GCD ölçümleri sonucu spesifik kapasitans 56.8 F g-1 olarak elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: mangan oksit, iridyum oksit, paladyum, su oksidasyonu, benzil alkol oksidasyonu, süperkapasitör, indirgenmiş grafen oksit