Rhodium(0) nanoparticles supported on titanium dioxide: Synthesis and characterization for hydrogen generation from the hydrolysis of ammonia borane

Katalizörün aktivitesi direkt onun yüzey alanıyla ilgili olup, katalizörün aktivitesini artırmak için parçacık boyutunun küçültülmesi umut veren bir yöntemdir. Katalitik aktiviteyi artırmanın etkili yollarından biri, kendi metal külçe benzerlerinden daha aktif katalizör olan metal nanokümeleri kullanmaktır. Bunun nedeni; atomların büyük yüzdesinin nanokümelerin yüzeyinde olmasındandır. Bu tezde amonyak boranın hidrolizi sırasında nanotitanyaya emdirilmiş olan rodyum(III) iyonlarının indirgenmesinden oluşan titanyum dioksitin yüzeyinde tutturulan rodyum(0) nanoparçacıklarının hazırlanışı, karakterizasyonu ve katalitik aktivitesi araştırıldı. Rodyum(0) nanoparçacıklar reaksiyon çözeltisinden santrifüj ile izole edilip, ICP-OES, XRD, SEM-EDS, TEM, XPS ve N2 yüzey tutunma-salınma spektroskopisi gibi ileri analitik teknikleri kullanılarak karakterize edildi. Titanyum dioksit yüzeyinde oluşturulan yüksek dağılımlı rodyum(0) nanoparçacıklarının boyutu 1.3-3.8 nm aralığındadır. Rodyum(0) nanokümelerinin varlığında amonyak boranın hidrolizinden hidrojen üretiminin kinetiği; katalizör derişimine, tepken derişimine ve sıcaklığa bağlı olarak çalışıldı. Tepkime derecesinin, katalizör derişimine göre birinci, tepken derişimine göre sıfırıncı dereceden olduğu saptandı. Ek olarak, nanotitanya üzerinde desteklendirilmiş rodyum(0) nanoparçacıkları oda sıcaklığında 260 dk-1 çevrim frekansı değeriyle amonyak boranın hidrolizinden hidrojen üretiminde yüksek katalitik aktivite gösterdi. Ayrıca, kinetik çalışmanın sonuçlarına göre bu reaksiyon için aktivasyon enerjisi 65.5 ± 2 kJ/mol aralığında bulunmuştur.