Nar kabuğu ekstrağından coo nanoparçacıklarının yeşil sentezi, katalizör destek malzemesi olarak kullanılması ve bu destek malzemenin pem yakıt pili uygulaması ile etkinliğinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışması kapsamında, sodyum bor hidrürün (NaBH4) hidroliz reaksiyonunda yüksek katalitik etkinliğe sahip olan rutenyum (Ru) metaline destek malzemesi olarak kobalt oksit (CoO) nanoparçacıkları başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. CoO nanoparçacıkları, çevre dostu ve sürdürülebilir bir yöntem olan yeşil sentez yaklaşımı kullanılarak nar kabuğu ekstraktı aracılığıyla üretilmiştir. Bu yöntem, toksik kimyasalların kullanımını en aza indirerek hem çevreye duyarlılık sağlamış hem de doğal kaynaklardan yararlanılarak inovatif bir sentez stratejisi sunmuştur. CoO nanoparçacık destekli Ru katalizörün fiziksel ve kimyasal özellikleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX), X-ışını kırınımı (XRD) ve Raman spektroskopisi gibi ileri karakterizasyon teknikleri kullanılarak detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Bu karakterizasyon çalışmaları, katalizörün homojen dağılımını, yüksek saflıkta sentezlendiğini ve yapısal stabilitesini doğrulamıştır. Özellikle SEM analizleri, CoO nanoparçacıkların boyutlarının nanometre ölçeğinde olduğunu ve bu sayede geniş yüzey alanına sahip olduklarını ortaya koymuştur. NaBH4 hidroliz reaksiyonundaki katalitik performans testlerinde, farklı parametrelerin etkileri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Bu parametreler arasında NaOH konsantrasyonu, NaBH4 konsantrasyonu, katalizör miktarı ve reaksiyon sıcaklığı bulunmaktadır. Çalışmalar sonucunda, CoO nanoparçacık destekli Ru katalizörünün optimum performansını %2,5 NaOH konsantrasyonunda sergilediği belirlenmiştir. Ayrıca, NaBH4 konsantrasyonunun artırılmasıyla birlikte reaksiyon hızında artış gözlemlenmiştir. Katalizör miktarının ve sıcaklık artışının da reaksiyon kinetiğini pozitif yönde etkilediği tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, katalizörün NaBH4 hidrolizinde etkili bir performans sergilediğini ve bu reaksiyonun kinetik parametrelerinin detaylı bir şekilde anlaşılmasını sağlamıştır. Ayrıca, CoO nanoparçacık destekli Ru katalizörüne platin (Pt) doplanarak proton değişim membranı (PEM) yakıt pillerinde kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Bu çalışma, Pt doplanmış CoO destekli Ru katalizörün PEM yakıt pilinde yüksek aktivite sergilediğini göstermiştir. Pt doping işleminin, katalizörün elektrokimyasal kararlılığını artırdığı ve yakıt pil performansına önemli katkılar sağladığı belirlenmiştir.In this thesis, cobalt oxide (CoO) nanoparticles were successfully synthesized as a support material for ruthenium (Ru) metal, which has high catalytic activity in the hydrolysis reaction of sodium boron hydride (NaBH4). CoO nanoparticles were produced using a green synthesis approach, an environmentally friendly and sustainable method, using pomegranate peel extract. This method minimized toxic chemicals and provided environmental sensitivity and an innovative synthesis strategy by utilizing natural resources. The physical and chemical properties of the CoO nanoparticle-supported Ru catalyst were analyzed in detail using advanced characterization techniques such as scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), and Raman spectroscopy. These characterization studies confirmed the catalyst's homogeneous distribution, high-purity synthesis, and structural stability. In particular, SEM analyses revealed that the size of CoO nanoparticles was on the nanometer scale and thus had a large surface area. The effects of different parameters were studied in detail in the catalytic performance tests in the NaBH4 hydrolysis reaction. These parameters include NaOH concentration, NaBH4 concentration, catalyst amount, and reaction temperature. As a result of the studies, it was determined that the CoO nanoparticle-supported Ru catalyst exhibited its optimum performance at 2,5% NaOH concentration. In addition, an increased reaction rate was observed with increasing NaBH4 concentration. It was also found that increasing the amount of catalyst and temperature positively affected the reaction kinetics. These results showed that the catalyst exhibited a compelling performance in NaBH4 hydrolysis and provided a detailed understanding of the kinetic parameters of this reaction. Furthermore, platinum (Pt) doping of CoO nanoparticle-supported Ru catalyst was investigated for its potential use in proton exchange membrane (PEM) fuel cells. This study demonstrated that Pt-doped CoO-supported Ru catalyst exhibited high activity in PEM fuel cells. Pt doping was found to improve the electrochemical stability of the catalyst and contribute significantly to the fuel cell performance.