Role of oxygen vacancy in the adsorption and dissociation of carbon dioxide molecule on the surface of monoclinic zirconia (-111): A density functional theory study

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Boğaziçi Üniversitesi, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2020

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: DALGA MERVE ÖZKAN

Danışman: AHMET ERHAN AKSOYLU

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bir Katalitik Kuru Metan Reformlama (CDRM) katalizörünün stabil performansı, öncelikle kok oluşumuna direnme yeteneği ile belirlenir; geniş anlamda, hidrojen üretimi (metan ayrışma) sahalarında oluşan kok, CO2 ayrışması yoluyla oluşan hareketli yüzey oksijeni ile temizlenmelidir. Deneysel sonuçlar, bir katalizör desteği olarak kullanıldığında zirkonyumun kusurlu bölgelerinde CO2 ayrışmasının meydana geldiğini göstermektedir. Bu çalışmada, yaygın olarak kullanılan bir CDRM desteği olan m-ZrO2 üzerinde CO2 molekülünün aktivasyonu ve ayrışmasında oksijen boşluğunun rolünün anlaşılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, yapı-reaktivite ilişkilerini kurmak için YFT hesaplamaları yapılmıştır. İlk olarak m-ZrO2 (-111) yüzeyinde oksijen boşluk oluşumu incelenmiş, ortaya çıkan yapıların ve enerjilerin analizleri yapılmıştır. Oksijen boşluklarının varlığının yüzeyi iki şekilde etkilediği bulunmuştur: ya boşluğa komşu zirkonyum atomları indirgenir ya da elektronlar boşlukta hapsolur. Çalışmanın ikinci bölümünde stokiyometrik ve indirgenmiş m-ZrO2 (-111) yüzeylerine CO2 adsorpsiyonu gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, CO2 ayrışmasının indirgenmiş m-ZrO2 yüzeyinde termodinamik olarak mümkün olduğunu, oksijen boşluklarının adsorpsiyon enerjisini önemli ölçüde düşürdüğünü ve adsorbat-metal oksit etkileşimini artırdığını ortaya koymuştur. Böylelikle, oksijen boşluklarının CO2'nin ayrışmalı adsorpsiyonu üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğu ve zirkonyumun katalizör desteği olarak büyük bir potansiyele sahip olduğu gösterilmiştir.