Inorganic / polymeric assemblies as catalysts for water splitting

Güneş ışığı ile suyun ayrışması, yenilenebilir enerji arayışı sürecinde son yıllarda sıklıkla çalışılan ve gelecek vadeden bir araştırma konusudur çünkü reaksiyon sonucunda üretilen hidrojen, yüksek enerji üretimi ve çevre dostu olması nedenleriyle uygun bir enerji taşıyıcısıdır. Bu nedenle bu alanda hatırı sayılır sayıda araştırma suyu yükseltgeyen ve indirgeyen verimli katalizör yapıları bulmaya odaklanmıştır. Bu tezin birinci bölümünde, özgün bir kromofor-suyu yükseltgeyen katalizör (PS-WOC) dyad sistemi geliştirilmiştir. Kromofor birimi olarak rutenyum metal koordinasyonlu piridin merkezli ligand kullanılırken, suyu yükseltgeyen katalizör olarak ise kobalt-demir bazlı Prusya mavisi analoğu kullanılmıştır. Bu yapıda, poli(4-vinilpiridin) iki farklı görevi olan birimleri birbirine bağlayan bir moleküler köprü görevi görmektedir ve inter-moleküler örneği ile kıyaslandığında, aktiviteyi ve kararlılığı arttırdığı gösterilmiştir. Katalitik aktivitenin 5 kat arttığı gözlemlenmiştir ve 1 saat ışık altında, TOF 5.6 x 10-4 s-1, 6 saatlik dilimde ise TON 11 bulunmuştur. Oluşan oksijen gaz kromatografisi ile ölçülmüştür. Yapısal karakterizasyon, Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FTIR) Spektrometresi, UV-Vis Spektrometresi (UV-Vis), X-Ray Spektrometresi (XPS), X-Ray Difraksiyonu (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi (EDX) teknikleri ile yapılmıştır. Karşılaştırmalı XPS ve FTIR çalışmaları yapılarak ise, katalitik aktivite öncesi ve sonrasına bakılmış, yapının kararlılığı kanıtlanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde, poli(4-vinilpiridin)'in polimer platformu olarak kullanıldığı basit bir şekilde sentezlenen kobalt bazlı metal-polimer rapor edilmiştir. Elektrokimyasal ölçümler sonucu, sentezlenen metal-polimerin literatürdeki kobalt-polipiridil örnekleri gibi suyun indirgenmesi (H2 oluşumu) katalizörü olarak verimli olduğu görülmüştür. Bunun yanı sıra, metal-polimerin asidik ortamda ve katodik potansiyel uygulandığında kobalt parçacıklarına dönüştüğü saptanmıştır ve FTO elektrotu kaplandığında kobalt parçacıklarının da H2 oluşumu katalizörü olarak verimli olduğu gözlenmiştir. Çalışma sonucu, 2 saatlik elektroliz sürecinde, -1.5 V potansiyelde (vs. Fc+/ 0) ve 60 mM asetik asit ortamında yaklaşık 80 µmol H2 toplanmıştır. Kapsamlı bir çalışma ile kobalt-poli(4-vinilpiridin)'in elektrokimyasal ve elektrokatalitik karakterizasyonu ele alınmıştır.