Yüksek Entropili Metal Oksit Katkılı WO3/BiVO4/TiO2 Fotoanotların Üretimi, Karakterizasyonu ve Fotoelektrokimyasal Su Ayrışma Performansının İncelenmesi

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: GALAL ABDULMALIK ABDUH AL-SIANI

Danışman: Hakan Kızıltaş

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Amaç: Artan enerji talebi ve çevre kirliliği, sürdürülebilir ve temiz enerji teknolojilerinin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Fotoelektrokataliz (FEK), güneş ışığını doğrudan kimyasal enerjiye dönüştürmesi, yüksek hidrojen üretim kapasitesi ve çevre dostu yapısıyla öne çıkan yöntemlerden biridir. Ancak TiO2, WO3 ve BiVO4 gibi yaygın kullanılan fotoanotların sınırlı ışık absorpsiyonu ve yüksek elektron–boşluk rekombinasyonu, performanslarını kısıtlamaktadır. Bu nedenle, bu tezde yüksek entropili metal oksit (HEMO) katkısıyla WO3/BiVO4/TiO2 heteroyapı fotoanotlarının geliştirilmesi, yapısal ve optik özelliklerinin incelenmesi ve hidrojen üretim performanslarının artırılması amaçlanmıştır. Yöntem: Çalışmada, HEMO nanoparçacıkları hidrotermal yöntemle sentezlenmiş ve WO3/BiVO4/TiO2 fotoanotlarıyla birleştirilerek kompozit yapılar elde edilmiştir. Sentezlenen fotoanotların morfolojik ve yapısal özellikleri SEM-EDS, XRD ve XPS analizleriyle incelenmiş; optik özellikleri UV-Vis DRS ile değerlendirilmiştir. Optik bant aralıkları Tauc yöntemiyle hesaplanmıştır. Fotoelektrokatalitik performans deneyleri, iki elektrotlu FEK hücre sistemi kullanılarak 1 M KOH elektroliti içinde, 254 nm dalga boyuna ve 44 W/m2 ışık şiddetine sahip UV lamba altında gerçekleştirilmiştir. Hidrojen üretimi ters büret yöntemiyle ölçülmüş ve μmol·h-1 ·cm-2 birimiyle raporlanmıştır. Bulgular: Yapılan analizler, HEMO katkısının WO3/BiVO4/TiO2 heteroyapısının ışık absorpsiyonunu görünür bölgeye kaydırdığını ve bant aralığını daralttığını ortaya koymuştur. Hidrojen üretim deneylerinde, saf WO3/BiVO4/TiO2 fotoanoduna kıyasla HEMO katkılı örnekte belirgin bir artış gözlenmiştir. 60 dakikalık test sonunda WO3/BiVO4/TiO2 fotoanodu UV altında 62 μmol·h-1 ·cm-2, gün ışığı koşullarında ise 42 μmol·h-1 ·cm-2 hidrojen üretirken; HEMO-WO3/BiVO4/TiO2 fotoanodu sırasıyla 96 ve 75 μmol·h-1 ·cm-2 üretim değerlerine ulaşmıştır. Faraday dönüşümü ile hesaplanan akım yoğunlukları UV koşullarında ~5,15 mA·cm-2, gün ışığında ise ~4,02 mA·cm-2 bulunmuş ve bu değerler literatürde rapor edilen WO3/BiVO4 tabanlı sistemlerle uyumlu veya daha yüksek çıkmıştır. Sonuç: HEMO katkılı WO3/BiVO4/TiO2 fotoanodu hem yapısal kararlılık hem de hidrojen üretim performansı açısından gelişmiş sonuçlar ortaya koymuştur. Elde edilen veriler, HEMO katkısının rekombinasyonu baskılama, yük taşıyıcı ayrışmasını kolaylaştırma ve ışık absorpsiyonunu genişletme etkileriyle literatürdeki eğilimlerle uyumlu olduğunu göstermektedir. Bu çalışma, yüksek entropili oksit katkısının fotoanot mühendisliğinde gelecek vadeden bir strateji olduğunu kanıtlamaktadır.