PAN-rGO-TiO2 ve PAN-rGO-ZnO nanokompozit fotoelektrotların sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal, termal ve fotokorozyon özelliklerinin incelenmesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: HATİCE ÖRNEK
Danışman: Derya Tekin
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Amaç: Nano-yapılı TiO2'nin UV ışık altında aktif rol oynadığı bilinmektedir. Anataz (bant aralığı enerjisi 3,2 eV, 388 nm dalga boyuna karşılık gelir) fazına sahip TiO2 fotokatalizörü atık suyu gidermek, havayı arıtmak ve antibakteriyel olarak kullanılmaktadır. Yarıiletken TiO2 geçiş metal oksiti, ekonomik olması, toksik olmaması ve kimyasal ve termal olarak dirençli olması nedeniyle fotokatalitik aktiviteler için araştırılmaktadır. Heterojen yapılı iletken polimerler, organik/inorganik yapıya sahip kompozit yapıları için son birkaç yılda araştırmacıların dikkatini çekmektedir. ZnO'in fotokatalitik uygulamalar için endüstriyel uygulamalarını UV bölgede geniş bant boşluk enerjisi (3.37 eV) ve ışık absorpsiyon kabiliyetini azaltan geniş eksiton bağlanma enerjisi (60 meV) ile düşük fotokatalitik verimliliğe neden olan fotojenere yük taşıyıcıların rekombinasyonunu sağlamaktadır. UV ışık ışıması altında fotostabilitesinde ve geri dönüşüm sürecinde yüksek miktarda azalmasıyla fotokorozyon, fotokatalizör olarak uygulamasını sınırlar. Karbon esaslı malzemelerin ZnO ile hibritlenmesi sonucunda fotokatalitik aktiviteyi saf ZnO'e kıyasla daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Son yıllarda kullanılan bir iletken polimer türü olan polianilin (PANI), elektrik iletkenliğinin yüksek olması, düşük maliyeti ve sentezinin kolay olması nedeniyle tercih edilmektedir. Hazırlanan kompozit malzemeler elektrokimyasal ölçümler ve fotokatalitik aktivitede kullanılmaktadır. Bu çalışmada, geniş bant aralığına sahip TiO2 ve ZnO yarıiletkenleri iletken bir polimer türü olan polianilin (PANI) ve redüklenmiş grafen oksit (rGO) ile destekleyerek fotokatalitik aktivitenin artırılması amaçlanmaktadır. Yöntem: TiO2 ve ZnO nanopartikülleri sol-jel yöntemi ile sentezlenirken, kompozit yapılar kimyasal oksidasyon yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Hazırlanan kompozit malzemeler SEM, XRD ve FTIR ile karakterize edildi. Termal analiz için Termal Gravimetrik Analiz (TGA-DSC) cihazı kullanıldı. Kompozit malzemelerin fotokatalitik aktivitesi Rhodamine B boyar maddesi üzerinde 120 dakikalık süre içerisinde UV spektroskopisi kullanılarak belirlendi. Bulgular: SEM-EDS analizi sonucunda, rGO ve PANI katkılanması ile aglomera olan nanopartiküllerin elektron-boşluk çiftlerinin rekombinasyonunu engellediği bundan dolayı fotokatalitik aktiviteyi artırdığı belirlendi. XRD analizinde, yapılara ait kırınım pikleri gözlemlendi ve her bir yapının JCPDS kartları ile uyum gösterdiği belirlendi. Yapılan FTIR analizleri sonucunda, Ti-O-O, C=N, C=C, N-H, Zn-O, C-O ve O-H bağlarının varlığını kanıtladı. PANI ve rGO katkılı nanopartiküllerin saf nanopartiküllere göre daha iyi fotokatalitik aktivite gösterdiği belirlenmiştir. Bunun nedeni ise, grafen bazlı katkıların elektron-boşluk çiftlerinin rekombinasyonunu azaltarak yüzeyde daha aktif alanların oluşmasıdır. Sonuçlar: Geniş bant aralığına sahip yarıiletkenler katkılandığında aglomerasyonun azaldığı ve fotokatalitik aktivitenin arttığı belirlendi.