Μοριακά συστήματα σιδήρου/τεχνητών σφουγγαριών για καταλυτική παραγωγή H2 από μυρμηκικό οξύ
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Ασπρή, Ελένη
Aspri, Eleni
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Χημείας
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
Τα τελευταία χρόνια υφίσταται μια νέα τεχνολογική επανάσταση η οποία βασίζεται στη χρήση υδρογόνου ως αποδοτικού φορέα ενέργειας που συμβάλλει στην άμβλυνση της μόλυνσης του περιβάλλοντος καθώς και στη σημαντική ελάφρυνση παραγωγής ενέργειας από τις παραδοσιακές πηγές, π.χ. πετρέλαιο και φυσικό αέριο. Έχει δοθεί μεγάλη προσοχή στην αντιμετώπιση των πρόσφατων, αναστρέψιμων και βιώσιμων τεχνολογιών αποθήκευσης υδρογόνου. Σε αυτό το πλαίσιο, το μυρμηκικό οξύ (FA) έχει χαρακτηριστεί ως ένας αποδοτικός υγρός οργανικός φορέας για την αποθήκευση του υδρογόνου λόγω των εξαιρετικών φυσικοχημικών ιδιοτήτων του και της μικρής τοξικότητάς του με αποτέλεσμα να αποτελεί ένα από τα καταλληλότερα υποστρώματα στη κατάλυση αφυδρογόνωσης από μεταλλικά σύμπλοκα.
Στη παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, θα επικεντρωθούμε στην ανάπτυξη μεταλλικών συστημάτων σιδήρου παρουσία της πολυδοντικής φωσφίνης (PP3) με τη χρήση τεχνητών σφουγγαριών και στη μελέτη της καταλυτική τους συμπεριφοράς προς παραγωγή υδρογόνου από τη διάσπαση του FA. Συγκεκριμένα, τα δύο σφουγγάρια που θα χρησιμοποιήσουμε είναι το σφουγγάρι μελαμίνης (MS) και το σφουγγάρι πολυουρεθάνης (PUS) όπου λόγω της εξαιρετικής τρισδιάστατης πορώδους δομής που κατέχουν καθώς και λόγω των λειτουργικών ομάδων που φέρουν, αποτελούν ελκυστικά υλικά για να δοκιμασθούν στην καταλυτική διάσπαση του FA. Μελετήθηκαν ως προς την καταλυτική τους ικανότητα συμμετέχοντας στο καταλυτικό σύστημα Fe/PP3, αλλά και ως προς την συνεργιστική τους συμπεριφορά στην αποπρωτονίωση του FA. Τροποποιήθηκαν επίσης με οργανικούς υποκαταστάτες (όπως ιμιδαζόλιο, Im) και εξετάστηκαν ως προς την δράση τους, καθώς και ως προς την ανθεκτικότητά τους.
Βάση των παρόντων αποτελεσμάτων αποδείχτηκε ότι, τα σφουγγάρια και συγκεκριμένα το τροποποιημένο σφουγγάρι μελαμίνης με ιμιδαζόλιο το οποίο είναι κωδικοποιημένο ως MS@Im, είναι ικανό να αποπρωτονιώσει το FA προς φορμικό ανιόν επιταχύνοντας την καταλυτική αντίδραση. Η συγκεκριμένη κατεργασία εφαρμόστηκε στο καταλυτικό σύστημα Fe/PP3 και παρατηρήθηκε ενίσχυση και επιτάχυνση της ταχύτητας παραγωγής H2. Μέσω τιτλοδότησης ακατέργαστου αλλά και κατεργασμένου FA με NaOH, αποδείχθηκε ότι μικρή ποσότητα MS@Im πράγματι αποπρωτονιώνει το FA κατά περίπου 30%.
Στην συνέχεια, αναπτύχθηκε ένα ετερογενοποιημένο σύστημα σιδήρου που φέρει έναν υποκαταστάτη NP ακινητοποιημένο σε επιφάνεια σίλικας (SiO2) και αναφέρεται ως SiO2@NP(t-Bu)2/Fe/PP3, και μελετήθηκε η καταλυτική του συμπεριφορά με και χωρίς κατεργασμένο FA από τα MS@Im. Με κατεργασμένο FA, το εν λόγω σύστημα ήταν καλύτερο όσον αφορά την ταχύτητα παραγωγής υδρογόνου αλλά και την σταθερότητά του. Η συμπεριφορά αυτή υποστηρίχτηκε και από μελέτη Arrhenius κατά την οποία βρέθηκε ότι η ενέργεια ενεργοποίησης (Eα) του συστήματος SiO2@NP(t-Bu)2/Fe/PP3 με χρήση κατεργασμένου FA και μη-κατεργασμένου μειώνεται και συγκεκριμένα από 50.6±0.7kJ/mol πέφτει στα 45.0±0.08kJ/mol.
Αξίζει να σημειωθεί ότι όλα τα συστήματα που αναπτύχθηκαν, χαρακτηρίστηκαν μέσω θερμικής και φασματοσκοπικής ανάλυσης ( FT-IR, Raman, SEM, TG-DTA).
In recent years, a new technological revolution has emerged, based on the use of hydrogen as an efficient energy carrier, contributing to the mitigation of environmental pollution and significantly reducing energy production from traditional sources, such as oil and natural gas. Much attention has been given to addressing recent, reversible, and sustainable hydrogen storage technologies. In this context, formic acid (FA) has been identified as an efficient liquid organic carrier for hydrogen storage due to its excellent physicochemical properties and low toxicity, making it one of the most suitable substrates for dehydrogenation catalysis by metal complexes. In this master's thesis, we will focus on the development of iron-based metallic systems in the presence of multidentate phosphine (PP3) using artificial sponges and studying their catalytic behavior toward hydrogen production from FA. Specifically, we will use two sponges, melamine sponge (MS) and polyurethane sponge (PUS), which, due to their excellent three-dimensional porous structure and functional groups, are attractive materials to be tested for catalytic FA decomposition. They were studied for their catalytic ability in the Fe/PP3 catalytic system, as well as their synergistic behavior in FA deprotonation. They were also modified with organic ligands (such as imidazole, Im) and examined for their activity, as well as their durability. Based on the resent results, it was demonstrated that the sponges, and specifically the melamine sponge modified with the imidazole, coded as MS@Im, through a specific processing, can deprotonate FA towards formate anion, facilitating the catalytic reaction. This process was applied to the Fe/PP3 catalytic system, an enhancement and acceleration of the hydrogen production rate was observed. Through titration of treated and not treated- FA with NaOH, it was shown that small amount of MS@Im indeed deprotonate 30% of FA. Subsequently, a heterogeneous iron system carrying an NP ligand immobilized on a silica (SiO2) matrix was developed, referred to as SiO2@NP(t-Bu)2/Fe/PP3, and its catalytic behavior was studied with and without treatment of FA from MS@Im. Using treated FA, the system performed better in terms of hydrogen production rate and stability. This behavior was further supported by Arrhenius study, which showed that the activation energy (Eα) of the SiO₂@NP(t-Bu)₂/Fe/PP₃ system decreased when treated FA was used compared to untreated FA, specifically dropping from 50.6 ± 0.7 kJ/mol to 45.0 ± 0.08 kJ/mol. It is worth noting that all the developed systems were characterized by thermal and spectroscopic analysis (FT-IR, Raman, SEM, TG-DTA).
In recent years, a new technological revolution has emerged, based on the use of hydrogen as an efficient energy carrier, contributing to the mitigation of environmental pollution and significantly reducing energy production from traditional sources, such as oil and natural gas. Much attention has been given to addressing recent, reversible, and sustainable hydrogen storage technologies. In this context, formic acid (FA) has been identified as an efficient liquid organic carrier for hydrogen storage due to its excellent physicochemical properties and low toxicity, making it one of the most suitable substrates for dehydrogenation catalysis by metal complexes. In this master's thesis, we will focus on the development of iron-based metallic systems in the presence of multidentate phosphine (PP3) using artificial sponges and studying their catalytic behavior toward hydrogen production from FA. Specifically, we will use two sponges, melamine sponge (MS) and polyurethane sponge (PUS), which, due to their excellent three-dimensional porous structure and functional groups, are attractive materials to be tested for catalytic FA decomposition. They were studied for their catalytic ability in the Fe/PP3 catalytic system, as well as their synergistic behavior in FA deprotonation. They were also modified with organic ligands (such as imidazole, Im) and examined for their activity, as well as their durability. Based on the resent results, it was demonstrated that the sponges, and specifically the melamine sponge modified with the imidazole, coded as MS@Im, through a specific processing, can deprotonate FA towards formate anion, facilitating the catalytic reaction. This process was applied to the Fe/PP3 catalytic system, an enhancement and acceleration of the hydrogen production rate was observed. Through titration of treated and not treated- FA with NaOH, it was shown that small amount of MS@Im indeed deprotonate 30% of FA. Subsequently, a heterogeneous iron system carrying an NP ligand immobilized on a silica (SiO2) matrix was developed, referred to as SiO2@NP(t-Bu)2/Fe/PP3, and its catalytic behavior was studied with and without treatment of FA from MS@Im. Using treated FA, the system performed better in terms of hydrogen production rate and stability. This behavior was further supported by Arrhenius study, which showed that the activation energy (Eα) of the SiO₂@NP(t-Bu)₂/Fe/PP₃ system decreased when treated FA was used compared to untreated FA, specifically dropping from 50.6 ± 0.7 kJ/mol to 45.0 ± 0.08 kJ/mol. It is worth noting that all the developed systems were characterized by thermal and spectroscopic analysis (FT-IR, Raman, SEM, TG-DTA).
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Υδρογόνο, Κατάλυση, Μυρμηκικό οξύ, Τεχνητά σφουγγάρια, Hydrogen, Catalysis, Formic acid, Artificial sponges
Θεματική κατηγορία
Καταλυτική παραγωγή υδρογόνου, Catalytic H2 production
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
el
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Χημείας
Όνομα επιβλέποντος
Λουλούδη, Μαρία
Εξεταστική επιτροπή
Λουλούδη, Μαρία
Πλακατούρας, Ιωάννης
Δεληγιαννάκης, Ιωάννης
Πλακατούρας, Ιωάννης
Δεληγιαννάκης, Ιωάννης
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
152
Λεπτομέρειες μαθήματος
item.page.endorsement
item.page.review
item.page.supplemented
item.page.referenced
Άδεια Creative Commons
Άδεια χρήσης της εγγραφής: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States