TiO2 destekli Pd-Ag bimetalik nanoparçacıkların hazırlanması tanımlanması ve formik asitin fotokatalitik bozunma tepkimesindeki fotokatalitik performanslarının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, fotokatalitik özelliğe sahip TiO2 üzerine desteklenen iki metalli PdAg nanokümeleri basit bir emdirme-indirgeme yöntemi ile sulu çözeltide 22˚C'de tekrarlanabilir bir şekilde hazırlandı. Sonuçlar TiO2 yüzeyinin üzerinde iyi bir şekilde dağılmış bimetalik yapısında ortalama parçacık büyüklükleri 4.8 ± 0.37 nm olan PdAg nanokümelerinin oluştuğunu göstermiştir. TiO2 destekli PdAg nanokümeleri ılımlı koşullar altında yakıt hücreleri için güvenli ve uygun bir hidrojen taşıyıcısı olan formik asitin görünür ışık altında (Xe lamba, 300 W) fotokatalitik dehidrojenlenmesinde heterojen katalizör olarak kullanılmıştır. PdAg/TiO2 katalizörünün 22˚C'de yüksek seçicilik (~ %99) ve yüksek etkinlikte formik asitin fotokatalitik dehidrojenlenmesini katalizleyebildiği bulunmuştur. Daha da önemlisi aydınlık ortamda karanlık ortama göre FA'nın fotokatalitik dehidrojenlenmesindeki aktivitesi 1.92 kat arttığı ve PdAg/TiO2 katalizörünün topaklaşmaya, sızmaya ve CO zehirlenmesine karşı sıradışı kararlılığı bu katalizörün formik asit dehidrojenlenmesinde tekrar kullanılabilir bir fotokatalizör yapmaktadır. PdAg/TiO2 fotokatalizörü 3. kullanımda bile başlangıç TOF değerinin (317.5) değişmediği (~ %99) görülmüştür. Bimetalik nanokümeler ileri analitiksel yöntemlerle (XPS, XRD, TEM, TEM-EDX, HR-TEM, ICP-OES) tanımlanmıştır. Ayrıca PdAg/TiO2 tarafından katalizlenen formik asit dehidrojenlenmesinin kinetik verileri için [katalizör], [substrat], [HCOONa] derişimlerine ve sıcaklığa bağlı olarak hız denkleminin ve aktivasyon parametrelerinin (Ea, ∆H# ve ΔS#) türetilmiştir.

In this study, bimetal PdAg nanoclusters supported on TiO2 were reproducibly prepared in an aqueous solution using an impregnation-reduction technique. The results showed that PdAg bimetallic nanoclusters with an average particle size of 4.8 ± 0.37 nm were appropriately distributed on the TiO2 surface. The TiO2 supported PdAg nanoclusters were used as heterogeneous catalysts in the photocatalytic dehydrogenation of formic acid under visible light (Xe lamp, 300 W) and offered great potential as a safe and suitable hydrogen carrier for fuel cells under ambient conditions. We found PdAgTiO2 to be a highly selective (~99%) and active catalyst able to catalyze the photocatalytic dehydrogenation of formic acid at 22˚C. More importantly, its activity in the photocatalytic dehydrogenation of formic acid in a light environment increased 1.92 times compared to a dark environment and the exceptional stability of the PdAg/TiO2 catalyst against agglomeration, leakage and CO poisoning makes it a reusable photocatalyst in the formic acid dehydrogenation of this catalyst. The PdAg/TiO2 photocatalyst provides an initial TOF value of 371.5 that did not change (~99%) even in the 3rd run. Bimetalic nanoclusters were identified using advanced analytical methods (i.e., XPS, XRD, TEM, HR-TEM, TEM-EDX, ICP-OES). We also derived the rate equation and activation parameters (Ea, ∆H# and ΔS#) depending on temperature and the concentrations of [catalyst], [substrate], [HCOONa] for the kinetic data of the dehydrogenation of formic acid catalyzed by PdAg/TiO2.