Interaction of hydrogen with titanium dioxide and palladium-titanium dioxide surface at low and high temperature

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2022

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: MELİS YARAR

Danışman: DENİZ ÜNER

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışmada, Pd yükleme miktarının Pd morfolojisi ve buna bağlı Pd/TiO2 katalizörünün reaktivitesi üzerine etkisi incelenmiştir. Düşük metal yüklemeli (≤2%) örneklerde 2 boyutlu Pd parçalarının TiO2 yüzeyinin düşük basınç ve sıcaklıkta hidrojenle indirgenmesini sağladığı görülmüştür. Oda sıcaklığında hidrojenle indirgenme Sıcaklık Programlı İndirgeme (TPR) cihazıyla izlenmiş ve nicel ölçümler Pd'un indirgenme destekçisi olarak görev yaparak 300K'de 1%Pd/TiO2 yüzeyinin %70'inin indirgenmesine yol açtığını göstermiştir. Nicel TPR ölçümleri, Yüksek Çözünürlüklü Transmisyon Elektron Mikroskopu görüntüleriyle uyumlu şekilde, Pd yükleme miktarı arttıkça Pd yapılarının iki boyutludan üç boyutluya dönüşmelerine yol açtığını kanıtlamıştır. TPR ölçümleriyle varılan sonuçlara göre iki boyutlu Pd'a sahip örneklerde (≤2%) oda sıcaklığındaki indirgenme Pd yüzey alanı ile doğrudan orantılıdır. Buna dayanarak, iki boyutlu örneklerde metal ve destek arasındaki atomik hidrojen alışverişinin metalin tüm yüzey alanı boyunca gerçekleştiği kanıtlanmıştır. Hidrojenleme sonrası oluşan paramanyetik merkezler oda sıcaklığında in-situ Elektron Spin Rezonans (ESR) Spektroskopisi ile takip edilmiştir. Oksijen vacancy ve Ti+3 merkezleri sadece düşük Pd yüklemeli örneklerde ve vakum koşulunda gözlemlenmiştir. Saturation-Recovery ESR deneyleriyle bu sinyallerin basınç ile ilişkisi izlenmiş ve spin-lattice relaxation zaman sabitinin basınca bağlı değiştiği gözlemlenmiştir. Hidrojen spillover süreci operando Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) Spektroskopisi ile takip edilmiş ve hidroksil sinyalinin büyüme hızına göre modellenmiştir. Katalitik CO oksidasyonu ölçümleri nano düzeyde meydana gelen değişiklerin aktiviteye etkisini anlamak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Aktivitenin iki boyutlu yapılarda metal eklenmesi ile büyük oranda arttığı ancak üç boyutlu örneklerde bir değişime uğramadığı sonucuna varılmıştır. Öte yandan, yüksek sıcaklıktaki hidrojenle indirgemenin faz değişimine ve Magnéli fazı üretimine yol açtığı görülmüştür. Açığa çıkan Ti11O21 fazı ve anataz veya rutil fazı arasındaki yüzeyin hidrojen tutabildiği ve sıcaklık değişince hidrojeni salabildiği görülmüştür.