Complex metal borohydrides, such as MBH4 (M+ = Li, Na, K), M(BH4)2 (M2+ = Mg, Ca, Zn, Sn, Cu) and M (BH4)3 (M3+ = Al) have attracted a great deal of interest for their potential use as solid-state hydrogen storage materials due their high gravimetric and volumetric storage capacities. One of the most promising and extensively investigated candidate in this series is Mg(BH4)2 which is available only in small quantities on preparative scale. The complex synthesis procedure and the comparatively high price of the material has been one of the main drawbacks in its more widely use, both in research and for technical applications. In the present study, five different multi steps mechanochemical and wet mixing synthesis – all based on the metathesis reaction of MgX2 (X = Cl, Br) with NaBH4 – were performed in a planetary ball-mill or in diethyl ether to develop an easy and convenient preparation route for Mg(BH4)2. In addition, a novel and expedient approach was tested at relatively high pressure and high temperature in an autoclave using diethyl ether as solvent. Mg(BH4)2 was extracted from the reaction product by Soxhlet method overnight. Highly pure Mg(BH4)2 with 63% yield was obtained after solvent removal. In contrast to MgCl2, MgBr2 is at least partially soluble in diethyl ether. Thus, using bromide should enhance the reaction rate and the yield of Mg(BH4)2. The synthesis results surprisingly not only in formation of pure magnesium borohydride and NaBr but yielding also the mixed phases NaBr1-x(BH4)x and/or Na(BH4)1-yBry, as consequence of solid solution formation. The effect of milling speeds, time and reactant ratios for sample prepared by ball milling and various temperatures, time and reactant ratios for mixtures prepared in autoclave are investigated in detail with respect to solid solution formation by XRPD and ATR-FTIR. Finally, dehydrogenation behavior of Mg(BH4)2 has been investigated in combination with metal amides and MgBr2. For the systems of Mg(BH4)2-NaNH2, Mg(BH4)2-LiNH2, Mg(BH4)2-Mg(NH2)2, the decomposition pathway were predicated using XRPD, DTA-TG-MS, DSC and ATR-FTIR spectroscopy. The mentioned systems show an improvement in H2 onset temperature release while NH3 and B2H6 liberation is decreased in a great extend or suppressed. Interestingly, hydrogen desorption in Mg(BH4)2-Mg(NH2)2 mixtures occurs in two steps, unlike the other blends and pure Mg(BH4)2 which release their hydrogen in three and four steps, respectively. MgB2 is the ultimate product of thermal decomposition of Mg(BH4)2 at 600 °C. This simple compound is a binary superconductor with a great potential for several engineering applications. In the second part of this thesis, investigation of the synthesis of nano structured MgB2, as well as its structural modification will be coming to the fore. Micron sized MgB2 is obtained from the boron and magnesium powders by solid-state reaction route under Ar. However, the synthesis of nano-sized material succeeds only when nano sized boron powder was used as precursor, as proved by SEM and TEM images. Rietveld analysis revealed also a reduction in MgO content when nano boron was employed. The defect structures of MgB2 bulk and nano particles, have been investigated mainly by the aid of X-band electron paramagnetic resonance (EPR) spectrometer which proved the presence of Mg vacancies in nanoscale MgB2. In addition, the microscopic defect structures of carbon-doped MgB2 were systematically investigated by means of XRPD, Raman spectroscopy and EPR. Mg vacancies and C-related dangling-bond active centers were distinguished and sp3-hybridized carbon radicals were detected. By the help of EPR in the temperature range of 40 to 10 K, the reduction in the critical temperature Tc was observed due to C doping.

Kompleks metal bor hidrürler, MBH4 (M+ = Li, Na, K), M(BH4)2 (M2+= Mg, Ca, Zn, Sn, Cu) ve M (BH4)3 (M3+ = Al) gibi, yüksek gravimetrik ve volumetrik depolama kapasiteleri nedeniyle katı-hal hidrojen depolama malzemesi kullanımı için çok ilgi çekmektedir. Mg(BH4)2 bu serinin en yüksek potansile sahip olan yoğun bir şekilde üzerinde araştırılmalar yapılan fakat ancak küçük ölçekte bir üretimi gerçekleştirilebilen bir malzemedir. Sentezi işleminin oldukça kompleks olması ve nispeten yüksek maaliyetli bir malzeme olması kullanımını engelemiş ve teknik ve bilimsel uygulamalar için ana dezavantajı oluşturmuştur. Bu çalışmada, beş farklı çoklu adım mekanokimyasal ve ıslak karıştırma senteziyle -tümü MgX2 (X = Cl, Br) ve NaBH4 metatez reaksiyonuna dayandırılan- değirmende ya da dietileter içinde yapilmiş ve kolay ve uygun bir şekilde Mg(BH4)2 hazırlanması çalışılmıştır. Buna ek olarak, yeni ve uygun bir yöntem olarak olarak, bir otoklav içinde nispeten yüksek bir basınç ve yüksek sıcaklıkta dietil eter çözücü olarak test edilmiştir. Mg(BH4)2, gece boyunca Soxhlet yöntemle reaksiyon ürünü olarak elde edilmiştir. Çözücü buharlaştırıldıktan sonra %63 verim ile yüksek derecede saflıkta Mg(BH4) elde edilmiştir.MgCl2 aksine, MgBr2 dietileter içinde çok az ve kısmen çözünmektedir. Bu sebepten dolayı, bromit kullanımı reaksiyon hızını ve Mg(BH4)2 verimini artırır. Şaşırtıcı şekilde, sentez sonucu nda sadece saf magnezyum borohidrid ve NaBr değil ve aynı zamanda karışık fazlarda NaBr1-x(BH4)x ve/veya Na(BH4)1-yBry, da katıhal oluşumunda görülmüştür. Otaklavda farklı sıcaklıklarda hazırlanan numuneler, değirmen hızının, karıştırma zamanının ve tepkimeye giren malzeme oranının etkilerinin incelenmesi amacıyla, XRPD ve ATR-FTIR ile katı çözelti oluşumu ile ilgili olarak ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Son olarak, Mg(BH4)2 nin hidrojen giderme davranışı, metal amidler ve MgBr2 ile kombinasyonlar halinde incelenmiştir. Mg(BH4)2-NaNH2, Mg(BH4)2-LiNH2, Mg(BH4)2-Mg(NH2)2 sistemler için, ayrışma yolu XRPD, DTA-TG-MS, DSC and ATR-FTIR spektroskopisi kullanılarak esas alındı. Söz konusu sistemlerde, H2 başlangıç sıcaklığı salınımında bir iyileşme sağlanırken, NH3 ve B2H6 salınımı büyük oranda azaltılmış ya da bastırılmıştır. Hidrojen salınımı sırasıyla üç yada dört adımda gerçekleşen diger karışımlar ve saf Mg(BH4)2 den farklı olarak, ilginç olarak hi drojen salınımı Mg(BH4)2-Mg(NH2)2 karışımlarında iki aşamada gerçekleşir. MgB2, Mg(BH4)2 nin 600°C 'de termal bozunması sonucunda elde edilen nihai ürünüdür . Bu basit bileşik iki bileşenli süperiletken malzeme olarak çeşitli mühendislik uygulamalarında kullanımı için büyük potansiyele sahiptir. Bu tezin ikinci bölümünde, nano yapılı MgB2 sentezinin yanısıra, yapısal modifikasyonu da ön planda tutularak incelenmistir. Mikron büyüklüğündeki MgB2 parçacıkları, Ar gazı ortamında bor ve magnezyum tozlarının katıhal reaksiyonu sonucunda elde edilir. Ancak, nano boyuttaki malzeme sentezi, SEM ve TEM görüntüleri ile ispatlandığı üzere ancak nano boyutlu bor tozu, öncü olarak kullanıldığında başarılı olur. Nano boyutta boron kullanıldığı zaman de MgO içeriğinde bir azalma görüldüğü Rietveld analizi ile de doğrulanmıştır. Hacimsel ve nano parçacık MgB2 nin kusur yapıları temel olarak MgB2 içerisindeki Mg boşluk kusurlarının nano ölçekte varlığının kanıtlandığı X-bant elektron paramanyetik rezonanstır (EPR) spektrometresi yardımıyla incelenmiştir. Buna ek olarak, karbon katkılandırılmış MgB2 nin mikroskopik yapı kusurları XRPD, Raman spektroskopisi ve EPR ile sistematik olarak incelenmiştir. Mg boşluk kusurları ve C-ilişkili sarkan-bağ aktif merkezleri ayırt edilmiş ve karbon radikalleri tespit edilmiştir. EPR analizi yardımıyla 10-40 K arasında bir sıcaklık aralığında, C katkılanmasından kaynaklanan kritik sıcaklık, Tc, değerinde düşüş tespit edilmiştir.