Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Bölümü

A quantum chemical study of water and ammonia adsorption mechanisms on titanium dioxide surfaces

Su ve amonyağın titanyum dioksit yüzeyleri üzerinde adsorpsiyon mekanizmalarının kuantum kimyasal çalışması

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 268812 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

Theoretical methods can be used to describe surface chemical reactions in detail and with sufficient accuracy. Advances, especially in density functional theory (DFT) method, enable to compare computational results with experiments.Quantum chemical calculations employing ONIOM DFT/B3LYP/6-31G**-MM/UFF cluster method provided in Gaussian 03 are conducted to investigate water adsorption on rutile (110), and water and ammonia adsorption on anatase (001) surfaces of titanium dioxide. Water and ammonia adsorption on anatase (001) surface is studied by also performing PW:DFT-GGA-PW91 periodic DFT method by using VASP code and the results are compared with the results of ONIOM method.The results obtained by means of ONIOM method indicate that dissociative water adsorption on rutile (110) surface is not favorable due to high activation barrier, whereas on anatase (001) surface, it is favorable since molecular and dissociative water adsorption energies are calculated to be -23.9 kcal/mol and -58.12 kcal/mol. Moreover, on anatase (001) surface, dissociative ammonia adsorption is found energetically more favorable than molecular one (-37.17 kcal/mol vs. -23.28 kcal/mol). Thermodynamic functions at specific experimental temperatures for water and ammonia adsorption reactions on anatase (001) surface are also evaluated.The results obtained using periodic DFT method concerning water adsorption on anatase (001) surface indicate that dissociative adsorption is more favorable than molecular one (-32.28 kcal/mol vs. -14.62 kcal/mol) as in ONIOM method. On the same surface molecular ammonia adsorption energy is computed as -25.44 kcal/mol.The vibration frequencies are also computed for optimized geometries of adsorbed molecules. Finally, computed adsorption energy and vibration frequency values are found comparable with the values reported in literature.

Summary:

Kimyasal yüzey reaksiyonlarını ayrıntılı olarak ve yeterli doğrulukta tanımlamak için teorik metotlar kullanılabilir. Özellikle `density functional theory' (DFT) metodundaki gelişmeler, hesaba dayalı sonuçları deneylerle karşılaştırmaya olanak sağlar.Titanyum dioksitin rutil (110) yüzeyi üzerinde su adsorpsiyonunu, anataz (001) yüzeyi üzerinde su ve amonyak adsorpsiyonlarını incelemek için Gaussian 03 programında ONIOM DFT/B3LYP/6-31G**-MM/UFF küme metodu kullanılarak kuantum kimyasal hesaplamalar yapılmıştır. Ayrıca, anataz (001) yüzeyi üzerinde su ve amonyak adsorpsiyonları VASP kodu kullanılarak PW:DFT-GGA-PW91 periyodik DFT metoduyla da çalışılmış ve sonuçlar ONIOM metodunun sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır.ONIOM metodu kullanılarak elde edilen sonuçlar, rutil (110) yüzeyi üzerinde suyun ayrışma adsorpsiyonunun yüksek aktivasyon bariyerinden dolayı avantajlı olmadığını, bununla birlikte anataz (001) yüzeyi üzerinde, suyun molekül olarak ve ayrışarak gerçekleşen adsorpsiyon enerjileri -23.9 kcal/mol ve -58.12 kcal/mol olarak hesaplandığından, suyun ayrışma adsorpsiyonunun molekül olarak gerçekleşen su adsorpsiyonuna göre daha avantajlı olduğunu göstermektedir. Ayrıca, anataz (001) yüzeyi üzerinde amonyağın ayrışma adsorpsiyonunun molekül olarak gerçekleşen amonyak adsorpsiyonundan enerjiler açısından daha avantajlı olduğu bulunmuştur. (-37.17 kcal/mol'e karşın -23.28 kcal/mol). Anataz (001) yüzeyi üzerinde su ve amonyak adsorpsiyon reaksiyonları için belirli deneysel sıcaklıklarda termodinamik fonksiyonlar da hesaplanmıştır.Periyodik DFT metodu kullanılarak, anataz (001) yüzeyi üzerinde su adsorpsiyonuna dair elde edilen sonuçlar, ONIOM metodunda olduğu gibi, suyun ayrışma adsorpsiyonunun molekül olarak gerçekleşen su adsorpsiyonundan enerjiler açısından daha avantajlı olduğunu işaret etmektedir (-32.28 kcal/mol'e karşın -14.62 kcal/mol). Aynı yüzey üzerinde, moleküler olarak gerçekleşen amonyak adsorpsiyonunun enerjisi -25.44 kcal/mol olarak bulunmuştur.Adsorplanmış moleküllerin optimize edilmiş geometrilerinin vibrasyon frekans değerleri de hesaplanmıştır. Son olarak, adsorpsiyon enerji ve vibrasyon frekans değerlerinin literatürde belirtilen değerlerle kıyaslanabilir olduğu bulunmuştur.