Metal-Kaliks[4]aren Komplekslerinin Hidrojen Adsorplama ve Algılama Özelliklerinin Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi (DFT) ile İncelenmesi - Yüksel, Numan; Fellah, Mehmet Ferdi; Bursa Teknik Üniversitesi Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı; Lisansüstü Eğitim Enstitüsü (Bursa, 2024)
Hidrojen yüksek ısıl değere sahip ve çevreyi kirletmeyen bir yakıt türüdür. Bu nedenle hidrojene olan ilgi günümüzde artmaktadır. Ancak hidrojen enerjisi üzerinde yapılan çalışmalar içerisindeki en önemli sorun hidrojenin güvenli depolanmasıdır. Hidrojenin gaz veya sıvı olarak depolanmasının çok ciddi dezavantajları vardır. Bu nedenle hidrojenin bir maddeye adsorplanarak depolanması önemli bir alternatif çalışma olarak görülmektedir. Son yıllarda, hidrojen adsorpsiyonu ve algılaması çalışmalarında metalo-organik komplekslere oldukça ilgi duyulmaktadır. Makrosiklik organik bileşiklerin metal kompleksleri üzerinde araştırmalar giderek artmaktadır. Çok çeşitli türevlendirilebilme özelliğine sahip olan kaliksaren makrosikliklerin hidrojen adsorpsiyon ve algılama çalışmaları yok denecek kadar azdır. Tez kapsamında yapılan bu çalışmada, adsorplanması veya algılanması istenilen analitin yapısı ile etkileşime girebilecek fonksiyonel gruplar ile kolaylıkla türevlendirilebilen kaliksaren bileşiklerinin hidrojen molekülünün adsorpsiyonunda ve algılanmasında kullanılabilecekleri gösterilmiştir. Tez çalışmasında Gaussian09 yazılımı kullanılarak DFT hesaplamaları gerçekleştirilmiştir. DFT hesaplamalarında wB97XD hibrit metodu, ve 6-31G(d,p)/LANL2DZ temel setleri kullanılmıştır. Çalışmada, temel kaliks[4]aren bileşiği olan p-tert-bütilkaliks[4]aren bileşiği ve ondan türetilen dört farklı yapılara sahip türevleri kullanılmıştır. Bu yapıların Cu, Fe, Ni ve Zn metal atomlarıyla kompleks oluşumları gerçekleştirilmiş ve hidrojen adsorpsiyon çalışmaları yürütülmüştür. En düşük adsorpsiyon enerji değerlerine sahip olan yapı C4-Cuhalka kompleks yapısı olarak belirlenmiştir. Bu kompleksin hidrojen molekülüne karşı adsorpsiyon enerji ve adsorpsiyon entalpi değerleri sırasıyla, -26,1 ve -28,6 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. RDG analizlerine göre tüm adsorpsiyon proseslerinde van der Waals etkileşimleri baskındır. Yapıların H2 molekülüne karşı elektronik özellikleri incelendiğinde, C3-Fealt kompleksinin HOMO-LUMO band boşluğunda -78 kJ/mol'lük azalma meydana gelmiş, buna bağlı olarak elektriksel iletkenliğinde artma meydana gelmiştir. Ayrıca, en yüksek sensör tepki faktörü ve sensörün iş fonksiyonundaki en fazla değişime sahip yapı da C3-Fealt kompleksi olmuştur. Dolayısyla bu kompleks için oda sıcaklığında H2 sensörü olarak kullanılabileceği ortaya çıkmıştır. En iyi adsorpsiyon performansı gösteren C4-Cuhalka kompleksi üzerinde hidrojen depolama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 26 H2 molekülü adsorbe edebilen C4-Cuhalka kompleksinin gravimetrik hidrojen depolama kapasitesi %4,7 olarak hesaplanmıştır. Moleküler Dinamik hesaplamaları ile hem C3-Fealt kompleksi hem de C4-Cuhalka kompleksinin, çalışma sıcaklığında dinamik kararlılığını sürdürdükleri gözlemlenmiştir. Son olarak, hem hidrojen sensörü hem de hidrojen depolama malzemesi adayı olan C3-Fealt ve C4-Cuhalka komplekslerinin hidrojen molekülü ile etkileşimi, pertürbasyon analizi ile incelenmiş ve etkileşimde en yüksek stabilizasyon enerjilerine sahip atomlar belirlenmiştir. Gelecekte, bu çok yönlü makrosikliklerin farklı türevleri ile metal kompleks oluşumları incelenmeli ve güvenli hidrojen depolama malzemeleri olarak araştırma sayıları artırılmalıdır.
Tez (Doktora) -Bursa Teknik Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü,2024
Kaynakça : 167-177 sayfa
Keywords: Kaliksaren; Adsorpsiyon