Farklı Yarı İletken Nanoparçacık Katkılı CoO Tabanlı Heterojeksiyon Kompozit Fotoelektrotların Hidrotermal Yöntemle Üretimi, Karakterizasyonu Ve Fotoelektrokatalitik Aktivitelerinin Belirlenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MEHMET KORAY ÇELİK
Danışman: Taner Tekin
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Amaç: Küresel ölçekte artan enerji ihtiyaçlarına ilaveten çevre kirliliği problemlerine çözüm bulmak için gerçekleştirilen araştırmalar son yıllarda yaygın olarak artmış durumdadır. Bu ihtiyaçları karşılamak için kullanılanteknolojilerin en etkililerinden biri olan fotoelektrokataliz, yeşil teknolojilere olan ilgiyi artırarak fotokatalitik ve elektrokatalitik yöntemlere kıyasla kirleticiler üzerinde oldukça etkin bir giderim verimliliği ve etkili H2 üretimi göstermektedir. Bu nedenle bu çalışma kapsamında FEK teknolojisi için oldukça etkin olan CoO tabanı üzerine çeşitli metal oksitlerle (Bi2O3, SnO, ZnO, CdO, NiO ve Ag2O) katkılama işlemi yapılarak elde edilen fotoelektrotların fotoelektrokatalitik (FEK) aktivitelerinin artırılması amaçlanmaktadır. Yöntem: Bu tez kapsamında üretilen Bi2O3, SnO, ZnO, CdO, NiO ve Ag2O katkılı CoO fotoelektrotlar hidrotermal yöntem ile sentezlenmiş ve doktor blade yöntemi kullanılarak ITO üzerine kaplaması gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen fotoelektrotların karakterizasyon araştırmaları için SEM-EDS, TEM, XRD, XPS, FTIR ve UV-Vis analizlerinden, FEK aktivitelerinin incelenmesinde metil orange boyarmaddesi üzerindeki gideriminden faydalanılmıştır. FEK denemelerde, 0,1M Na2SO4 ve 20 ppm metil orange içeren 400 ml çözelti, 44W/m2'lik ışık şiddeti, 0,6V'luk çalışma voltajı ve 25°C sıcaklıkta gerçekleştirilmiştir. Bulgular: Hidrotermal sentez yöntemi kullanılarak sentezlenen CoO fotoelektrotlarının krizantem çiçeği benzeri yapısının başarıyla sentezlendiği SEM görüntüleriyle kanıtlanmıştır. Katkılanan nanoparçacıkların CoO fotoelektrotunun krizantem çiçeği benzeri yapraklarına tutunduğu TEM görüntüleriyle ve kimyasal bağ kurduğu FTIR, XRD ve XPS analizleri ile belirlendi. Ayrıca, CoO fotoelektroduna Bi2O3, SnO, ZnO, CdO, NiO ve Ag2O metal oksit nanoparçacıklarının katkılanmasıyla bant aralığı enerjilerinde değişiklikler meydana gelmiştir. UV-Vis sonuçlarına göre, CoO, CoO/Bi2O3, CoO/ZnO, CoO/NiO, CoO/Ag2O, CoO/SnO ve CoO/CdO fotoelektrotlarının bant aralıkları sırasıyla, 2,78, 2,74, 2,94, 3,05, 2,45, 3,01 ve 2,74 eV olarak belirlendi. FEK aktivite denemelerinde 120 dakikalık süre içerisinde CoO, CoO/Bi2O3, CoO/ZnO, CoO/NiO, CoO/Ag2O, CoO/SnO ve CoO/CdO fotoelektrotlarının FEK giderimi sırasıyla %56,71, %42,16, %65,84, %67,66, %68,34 %58,39 ve %62,03 olarak belirlendi. CoO/Ag2O fotoelektrodu %68,34'lük FEK giderimle en iyi aktiviteyiyi gösterdi. Sonuç: Bu çalışmada kolay ve ekonomik olan hidrotermal yöntem kullanılarak krizantem çiçeği benzeri çeşitli nanoparçacık katkılı CoO esaslı fotoelektrotlar başarılı bir şekilde sentezlendi. Karakterizasyon çalışmaları krizantem çiçeği benzeri CoO yapısının ve metal oksitlerin varlıkları kanıtladı. Yapılan metal oksit katkılarının krizantem çiçek yapılı CoO'nun yapraklarına tutunması ile aktif yüzey alanını daha fazla etkin hale getirdiğini ve FEK denemelerde üstün aktivite verimliliği göstererek çalışmanın enerji üretimi ve kirlilik giderimi için umut vaat ettiğini ortaya koydu.