Investigation of electrocatalytic activity of various macromolecular complexes for hydrogen production from water


Thesis Type: Postgraduate

Institution Of The Thesis: Marmara University, Faculty of Engineering, Chemical Engineering, Turkey

Approval Date: 2008

Thesis Language: English

Student: ÖMER AYKUT OSMANBAŞ

Supervisor: ATIF KOCA

Abstract:

Sudan Hidrojen Üretiminde Değişik Makromoleküler Komplekslerin Elektrokatalitik Aktivitelerinin İncelenmesi Gün be gün küresel boyuttaki çevresel sorunlar ısınmaktadır. Diğer yandan dünyamız, fosil yakıtların tükenmesinin kıyısına yaklaşmaktadır. Üstelik ham petrol ve doğal gaz fiyatları daimi bir artış içindedir. Nihai alternatif enerji arayışı her zamankinden hızlı tırmanmaktadır. Arayışların çoğu hidrojen tabanlı bir çözüm etrafında toplanmaktadır. Bu yüzden, hidrojen –petrol ve kimya endüstrisi gibi, endüstriyel süreçler için zaten önemli olan– günümüzde gitgide fazla önem kazanmaktadır. Hidrojen, bir kısmı yenilenebilir olmayan ve çevre-kirleten olması sebebiyle elverişli olmayan, birçok yöntemle üretilebilir. Elektroliz, yaygın kullanılan bir hidrojen üretim metodu olmakla birlikte, özellikle de doğan aşırı gerilimin azaltılması gibi, birtakım iyileştirmelere de ihtiyaç duymaktadır. Elektrolizle birlikte çıkan bu sorunların üstesinden gelmek için, ftalosiyaninler gibi makromoleküller, voltametrik ve spektroelektrokimyasal özelliklerini ve de bu komplekslerin elektrokatalitik aktivitelerini ölçerek uygun elektrokatalizör adayları olarak araştırılmıştır. İyi-çözünmüş, metal ve/veya ligant tabanlı, difüzyon kontrollü, çok-elektronlu ve tersinebilir/yarı-tersinebilir redoks süreçleri, komplekslerin sulu çözeltilerde proton indirgenmesi için olası elektrokatalitik aktivitesine işaret etmektedir. Komplekslerle değiştirilmiş elektrotlarla yapılan elektrokatalitik ölçümler, elektro aktif kobalt merkezli ve elektro aktif olmayan kobalt merkezli ftalaosiyaninlerin hidrojen oluşum reaksiyonunu etkili bir biçimde katalizlediğini göstermiştir. Komplekslerin elektrokatalitik aktiviteleri, sulu çözeltinin pH sı ve elektrot değiştirme teknikleri ile değişmiştir. Kobalt ve bakır ftalosiyaninlerin katyon takas membranıyla, Nafyonla, birleşmesi söz konusu komplekslerin katalitik aktivitelerini oldukça geliştirmiştir. ABSTRACT Investigation of Electrocatalytic Activity of Various Macromolecular Complexes for Hydrogen Production from Water Day by day global-size environmental issues are getting warmer. On the other hand our world is drawing near the brink of depletion of fossil fuels. Furthermore raw oil and natural gas prices are on the course of a perpetual increase. Seeking for the ultimate alternative energy is climbing faster than ever. Most of them are gathering round a hydrogen based solution. Therefore, hydrogen –already important for various industrial processes, e.g. petroleum and chemical industries– is gaining more and more importance nowadays. Hydrogen can be produced by numerous methods, some of which are not favorable for they are non-renewable and environment-pollutant. Electrolysis, being a widespread hydrogen production method, needs some improvements, especially in reducing the overpotential occurring. In order to overcome the problems within the electrolysis, macromolecular compounds such as phthalocyanines have been investigated as appropriate electrocatalyst candidates by measuring voltammetric and spectroelectrochemical properties and electrocatalytic activities of these complexes. Well-resolved, metal and/or ligand based, diffusion controlled, multi-electron and reversible/quasireversible redox processes indicate the possible electrocatalytic activity of the complexes for the reduction of proton in aqueous solution. Electrocatalytic measurements with the electrodes modified by the complexes showed that phthalocyanines having electro active cobalt centered and electro inactive copper centered phthalocyanines catalyzed the hydrogen evolution reaction efficiently. Electrocatalytic activities of the complexes changed with the pH of the aqueous solution and electrode modification techniques. Incorporation of cobalt and copper phthalocyanines into cation exchange membrane, Nafion, improved catalytic activities of the relevant complexes considerably.