Ru nanokatalizörlerin yeşil sentezi; tanımlanması ve amonyak boranın hidroliz tepkimesindeki katalitik uygulaması

Abstract

Bu çalışmada, oda sıcaklığında amonyak boranın (AB) hidrolitik dehidrojenasyonu için oldukça aktif bir katalizör olarak karbon kuantum (CQD) destekli ve Ru bazlı nanokatalizörler sentezlendi. Kolayca sentezlenen katalizörler Ru@CQD-TCA ve Ru@CQD-ATCA olarak adlandırılarak katalizörlerinin tanımlanmasında UV-görünür bölge spektroskopisi, elektron mikroskopisi (TEM), .-ışını kırınım cihazı (XRD) ve .-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) gibi ileri analitiksel yöntemler kullanıldı. Bu analitik yöntemlerde, katalizörlerin CQD üzerinde iyi dağıldıklarını ve ortalama partikül boyutlarının 3,17 nm ve 1,2 nm olduğunu ortaya koydu. Bununla birlikte, Ru@CQD-TCA katalizörünün 25 oC'de TOF miktarı =297 dak-1 hidrojen üretim hızı da 55260 mL/dak.g olduğu, Ru@CQD-ATCA katalizörünün ise TOF değeri= 410 dak-1 hidrojen üretim hızı da 102100 mL/dak.gr kat olduğu belirlendi. Mevcut çalışma, Ru@CQD-TCA ve Ru@CQD-ATCA tarafından katalizlenen AB'nın hidrolitik dehidrojenasyonunun ayrıntılı kinetik çalışmalarını sunmaktadır, katalitik deneylerin sonuçları farklı sıcaklıklarda, substrat ve katalizör konsantrasyonlarında gerçekleştirilmiştir. Burada Ru@CQD-TCA ve Ru@CQD-ATCA katalizörlerinin kinetik parametrelerine bakıldığında ise Ru@CQD-TCA katalizörünün aktivasyon enerjisi (Ea)= 39,26 kJ/mol, aktivasyon entalpisinin ?H# = 36,9 kJ/mol olduğu aktivasyon entalpisinin de ?S#= -69,2 J/mol.K olduğu tespit edilmiştir. Ru@CQD-ATCA katalizörünün ise aktvasyon enerjisinin 22,22 kJ/mol, ?H# = 19,65 kJ/mol olduğu aktivasyon entalpisinin de ?S#= -29,65 J/mol.K olduğu görülmüştür.

In this study, carbon quantum (CQD)-supported and Ru-based nanocatalysts were synthesized as highly active catalysts for the hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane (AB) at room temperature. The readily synthesized catalysts were named as Ru@CQD-TCA and Ru@CQD-ATCA, and advanced analytical methods such as UV-visible region spectroscopy, electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were used to characterize the catalysts. These analytical methods revealed that the catalysts were well dispersed on the CQD with average particle sizes of 3,17 nm and 1,2 nm. However, the Ru@CQD-TCA catalyst had a TOF of =297 min-1 and a hydrogen production rate of 55260 mL min-1 at 25 oC, while the Ru@CQD-ATCA catalyst had a TOF = 410 min-1 and a hydrogen production rate of 102100 mL min-1. The present work presents detailed kinetic studies of the hydrolytic dehydrogenation of AB catalyzed by Ru@CQD-TCA and Ru@CQD-ATCA, the results of catalytic experiments were carried out at different temperatures, substrate and catalyst concentrations. Here, the kinetic parameters of Ru@CQD-TCA and Ru@CQD-ATCA catalysts were found that the activation energy (Ea)= 39,26 kJ/mol, the activation enthalpy ?H# = 36,69 kJ/mol and the activation enthalpy ?S# = -69,2 J/mol.K for Ru@CQD-TCA catalyst. The activation energy of Ru@CQD-ATCA catalyst was 22,22 kJ/mol, ?H# = 19,65 kJ/mol and the activation enthalpy was ?S#= -29,65 J/mol.K.