Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Nagehan KARAKAYA AKBAŞ
Danışman: Bülent Kutlu
Özet:
Bu tezde, ideal sodyum borhidrür (NaBH4) hidroliz reaksiyonu düşük indeksli fcc-Co ve CoGTB yüzeyleri üzerinde incelenmiştir. Kimyasal olarak mümkün dört farklı reaksiyon yolu, toplam atom sayısı korunacak şekilde öngörülmüştür. Reaksiyon basamaklarına ait molekül yapıların izole haldeki geometrik parametreleri Gaussian 03W (PBEPBE/6-311++g ve MPW1PW91/6-311g baz setleri) ve Castep paket programları (GGA/PBE) ile hesaplanarak toplam enerji hesabı yapılmıştır. Farklı fonksiyoneller temelinde hesaplanan sonuçlar örtüşmekte ve deneysel sonuçlarla uyum içerisindedir. Ara durumların içerdiği atom(lar), molekül(ler) ve radikal grupların yüzeyler üzerindeki minimum enerjili adsorpsiyon bölgeleri tespit edilerek, bu bölgelere adsorbe olacak şekilde reaksiyonun olası temel ilk adımı için yüzeylerin etkinliği belirlenmiştir. Fcc-Co(111) yüzeyinin diğer düşük indeksli yüzeylere oranla daha etkin olduğu bulunmuştur. Daha sonra, tüm olası ara durumların fccCo(111) ve Co-GTB yüzeyleri ile etkileşmeleri sağlanarak, basamaklar arası geçiş durumları LSG/KSG algoritması ile elde edilmiştir. Hesaplamalar, NaBH4*+2H2O, NaBH3*+·H*+2H2O, NaBH3*+·H*+·H*+·OH*+H2O, NaBH3*+·OH*+H2O+H2, NaBH3OH*+H2O+H2, NaBH3O*+·H*+H2O+H2, NaBH2O*+H2O+2H2, NaBH2O*+·H*+·OH*+2H2, NaBHO*+·OH*+3H2, NaBHOOH*+3H2, NaBOOH*+·H*+3H2, NaBO2*+4H2 adımlarını takip eden yolun, öngörülen diğer yollara kıyasla daha yüksek olasılıkla gerçekleşebileceğini göstermiştir. İdeal NaBH4 hidroliz reaksiyonu için Co-GTB katalizör yüzeye kıyasla Co(111) yüzeyinin daha etkin olduğu belirlenmiştir. Son olarak, Co-GTB katalizör yüzeyinde %Co konsantrasyonu, yüzey üzerinde periyodik aralıklarla yerleştirilerek arttırılmıştır. Reaksiyonun durdurucu basamağı için katalitik aktivitesi araştırılan Co-GTB (%X Co) katalizör yüzeyinin Co atomu konsantrasyonu arttıkça katalitik aktivitesinin de arttığı, ancak yaklaşık %12,5 Co atomu yoğunluğundan sonra kayda değer bir değişim olmadığı belirlenmiştir.Bu tezde, ideal sodyum borhidrür (NaBH4) hidroliz reaksiyonu düşük indeksli fcc-Co ve CoGTB yüzeyleri üzerinde incelenmiştir. Kimyasal olarak mümkün dört farklı reaksiyon yolu, toplam atom sayısı korunacak şekilde öngörülmüştür. Reaksiyon basamaklarına ait molekül yapıların izole haldeki geometrik parametreleri Gaussian 03W (PBEPBE/6-311++g ve MPW1PW91/6-311g baz setleri) ve Castep paket programları (GGA/PBE) ile hesaplanarak toplam enerji hesabı yapılmıştır. Farklı fonksiyoneller temelinde hesaplanan sonuçlar örtüşmekte ve deneysel sonuçlarla uyum içerisindedir. Ara durumların içerdiği atom(lar), molekül(ler) ve radikal grupların yüzeyler üzerindeki minimum enerjili adsorpsiyon bölgeleri tespit edilerek, bu bölgelere adsorbe olacak şekilde reaksiyonun olası temel ilk adımı için yüzeylerin etkinliği belirlenmiştir. Fcc-Co(111) yüzeyinin diğer düşük indeksli yüzeylere oranla daha etkin olduğu bulunmuştur. Daha sonra, tüm olası ara durumların fccCo(111) ve Co-GTB yüzeyleri ile etkileşmeleri sağlanarak, basamaklar arası geçiş durumları LSG/KSG algoritması ile elde edilmiştir. Hesaplamalar, NaBH4*+2H2O, NaBH3*+·H*+2H2O, NaBH3*+·H*+·H*+·OH*+H2O, NaBH3*+·OH*+H2O+H2, NaBH3OH*+H2O+H2, NaBH3O*+·H*+H2O+H2, NaBH2O*+H2O+2H2, NaBH2O*+·H*+·OH*+2H2, NaBHO*+·OH*+3H2, NaBHOOH*+3H2, NaBOOH*+·H*+3H2, NaBO2*+4H2 adımlarını takip eden yolun, öngörülen diğer yollara kıyasla daha yüksek olasılıkla gerçekleşebileceğini göstermiştir. İdeal NaBH4 hidroliz reaksiyonu için Co-GTB katalizör yüzeye kıyasla Co(111) yüzeyinin daha etkin olduğu belirlenmiştir. Son olarak, Co-GTB katalizör yüzeyinde %Co konsantrasyonu, yüzey üzerinde periyodik aralıklarla yerleştirilerek arttırılmıştır. Reaksiyonun durdurucu basamağı için katalitik aktivitesi araştırılan Co-GTB (%X Co) katalizör yüzeyinin Co atomu konsantrasyonu arttıkça katalitik aktivitesinin de arttığı, ancak yaklaşık %12,5 Co atomu yoğunluğundan sonra kayda değer bir değişim olmadığı belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler : Sodyum borhidrür, aktivasyon enerjisi, LSG/KSG, YFT
hesaplamaları, hidroliz, katalizör