Modifiye fulleren yapılarının sentezi ve hidrojen depolamada kullanımları

Abstract

Bu çalışmada, öncelikle fullerenden farklı öğütme süresi ve öğütme hızlarında kusurlu fullerenler üretilmesi için optimum koşullar belirlenmiştir. Ardından, bu yapılar hidroksilasyon ve aminasyon reaksiyonları ile fonksiyonelleştirilmiştir; daha sonra ise hidrotermal yöntemle lityum doplanarak lityum katkılı fulleren, kusurlu fulleren ve fonksiyonelleştirilmiş fulleren/kusurlu fulleren örnekleri sentezlenmiştir. Elde edilen örnekler FTIR, Raman, DTA/TG, SEM/EDX, TEM ve BET analiz teknikleri ile kapsamlı biçimde karakterize edilmiştir. Karakterizasyonu yapılan örneklerin hidrojen depolama kapasiteleri, oda ve kriyojenik sıcaklıklarda geniş bir basınç aralığında incelenmiştir. Kusurlu fulleren örnekleri arasında en yüksek BET yüzey alanı ve gözenek hacmine sahip olan örnek, “K-C60-1sa-500rpm” olarak tanımlanmıştır. Adsorpsiyon-desorpsiyon izotermleri histerezis göstermiştir ve genellikle Tip I ve Tip IV izotermleri ile uyumlu sonuçlar göstermiştir. Tüm örneklerde hidrojen depolama kapasitesi, artan basınç ve azalan sıcaklık ile birlikte artış göstermiştir. Deneysel veriler, oda sıcaklığında Henry yasasına uygunluk gösterirken, kriyojenik sıcaklıkta çok katmanlı adsorpsiyon izotermi davranışı sergilemiştir. Fonksiyonelleştirme ve lityum katkılama işlemlerinin, hidrojen depolama kapasiteleri üzerinde farklı ve belirgin etkiler oluşturduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, deneysel veriler yalancı birinci mertebe, yalancı ikinci mertebe ve Elovich denklemleriyle analiz edilmiştir ve sonuçlar ikinci mertebeden kinetik denklemle iyi bir uyum içindedir.

In this study, firstly, optimum conditions were determined for the production of defective fullerenes from fullerene at different milling times and milling speeds. Then, these structures were functionalized by hydroxylation and amination reactions; then, lithium-doped fullerene, defective fullerene and functionalized fullerene/defective fullerene samples were synthesized by hydrothermal method with lithium doping. The obtained samples were characterized comprehensively by FTIR, Raman, DTA/TG, SEM/EDX, TEM and BET analysis techniques. Hydrogen storage capacities of the characterized samples were investigated in a wide pressure range at room and cryogenic temperatures. The sample with the highest BET surface area and pore volume among the defective fullerene samples was defined as “K-C60-1h-500rpm”. Adsorption-desorption isotherms showed hysteresis and generally showed results compatible with Type I and Type IV isotherms. Hydrogen storage capacity in all samples increased with increasing pressure and decreasing temperature. Experimental data showed compliance with Henry's law at room temperature, while multilayer adsorption isotherm behavior was observed at cryogenic temperature. It was found that functionalization and lithium doping processes had different and distinct effects on hydrogen storage capacities. Furthermore, the experimental data were analyzed by pseudo-first-order, pseudo-second-order and Elovich equations, and the results were in good agreement with the second-order kinetic equation.