Nanomaterials and their properties for sophisticated electrodes in photovoltaic and electrochemistry applications
Fotovoltaik ve elektrokimya uygulamalarında karmaşık elektrotlar için nanomalzemeler ve bunların özellikleri
- Tez No: 1007774
- Danışmanlar: PROF. DR. MİCHAEL GİERSİG
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Freıe Unıversıtat Berlın
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Genel Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında nano materyaller ve bunların fotovoltaik ve elektrokimya alanlarında kullanımı araştırılmıştır. Bu amaçla üretim yöntemleri geliştirilmiş ve yeni nano materyaller oluşturulmuştur. Devamında bu nano materyallerin fiziksel ve elektrokimyasal özellikleri araştırılmış ve bunların kullanımı ile ilgili konseptler değerlendirilmiştir. Buna bağlı olarak nano materyaller uygulamalarda kullanılmış ve test edilmiştir. İlk olarak, çeşitli morfolojilere sahip farklı şeffaf metal elektrotlar fiziksel özellikleri açısından incelendi ve geleneksel şeffaf ve iletken metal oksitlere alternatif olarak değerlendirildi. Metallik nano yapıların morfolojilerinin transmisyonu önemli ölçüde etkilediği ve bunun plazmonların ışıkla uyarılmasından kaynaklandığı görüldü. Her ne kadar bu bulgular optoelektronik uygulamalarında, örneğin sensorlar gibi, kullanım alanı sunmakta ise de şeffaf metal elektrotların toplam ışık geçirgenliğini olumsuz etkilemektedir. Bu olumsuz etkilenme, plazmonların uyarılmasının azaltılmasıyla giderilebilir ve bu, periyodik olmayan nano yapıya sahip metal ağlar ile gösterilmiştir. Elektrokimyasal uygulamalar için camsı karbon üzerine dikey olarak konumlanmış karbon nano tüplere yeni bir elektrot türü geliştirildi. Bu nano yapıya sahip elektrotlar çift katmanlı kapasite sağlayan çok kez artırılmış yüzey alanına ve ince katman elektrokimya için tipik bir voltametrik tepki gösterme özelliğine sahiptir. Şayet bu yapı elektrokimyasal aktif materyal ile kaplanırsa, süperkondensatör ve (foto-)elektrokataliz uygulamaları için kompozit materyaller oluşturur. Bu nanokompozit materyaller karbon nanotüp çekirdeğinden ve 'X' aktif materyali kaplamasından oluşur ve bu nedenle MWCNT@X olarak tanıtılmıştır. Bu konseptin kanıtı olarak MWCNT@Cu nanokompozit elektrotları elektrokimya yoluyla CO2 azaltımı için ve aynı zamanda MWCNT@BiVO4 uygulaması nanokompozit fotoelektrotlar su bölünmesi için kullanılmıştır. Her iki durumda da uygulamada olumlu özellikleri tespit edilmiş ve optimizasyon potansiyeli gösterilmiştir. Araştırma konusu nanomateryallerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini gösteren sonuçlar, nanokompozit materyaller için gelecekte değişik teknolojilerde kullanım olanağı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates nanomaterials for their utilization in electrodes for photovoltaic and electrochemistry applications. To this end, fabrication methods have been developed and advanced, and new nanomaterials have been synthesized. Further, the physical and electrochemical properties of the employed nanomaterials have been investigated, concepts for their utilization have been proposed, and their feasibility was tested for applications. Firstly, a series of transparent metal electrodes of different morphologies have been investigated for their physical properties and their feasibility as a replacement for conventional transparent and conductive metal oxides, which are a key technology in current thin-film photovoltaics. The morphology of the metallic nanostructures was found to influence the spectral transmittance significantly due to fundamental light-matter interactions in the form of plasmonic excitations. Though there is the prospect of exploiting these phenomena for specific applications such as sensors and optoelectronic devices operating in a narrow spectral range, the overall transparent conductor performance was shown to increase with decreasing light-matter interactions, which can be achieved through the design of perforated metallic nanonetworks of poor symmetry and periodicity. Secondly, a glassy carbon-based, vertically aligned multi-walled carbon nanotube textured electrode was developed for electrochemistry applications. This nanostructured electrode has a significantly increased surface area, yielding an increased double-layer capacitance, and features a voltammetric response typical for thin-layer electrochemistry. It is demonstrated that this proposed nanostructured electrode can be coated with an electrochemically active material for (photo-)electrocatalysis and supercapacitor applications. These nanocomposite materials consist of a multi-walled carbon nanotube core and a shell of active material 'X' and are therefore introduced as MWCNT@X. As proof of concept, MWCNT@Cu nanocomposite electrodes were tested for the electrochemical CO2 reduction, and MWCNT@BiVO4 nanocomposite photoelectrodes were tested for photoelectrochemical water splitting, where both show good performance. The presented results identify the scope of optimization potential of these proposed nanocomposite materials, which have an excellent prospect for utilization in various technologies in the future.
Benzer Tezler
- Patojen mikroorganizma tespiti için nanolif bazlı biyosensörlerin geliştirilmesi
Development of nanofiber-based biosensors for detection of pathogenic microorganism
ELİF ATAY
Doktora
Türkçe
2024
Gıda MühendisliğiMersin ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYLİN ALTAN METE
- LaPtSi kristal yapıya sahip bazı malzemelerin fiziksel özelliklerinin teorik olarak incelenmesi
Theoretical investigation of the physical properties of some materials crystallized in LaPtSi structure
TALHA ZAFER
Doktora
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN MURAT TÜTÜNCÜ
- Investigation of the growth kinetics and morphology transitions during porous anodization of titanium in ethylene glycol based electrolytes
Etilen glikol bazlı elektrolitlerde titanyumun gözenekli anodizasyonu sırasında oluşan oksidin büyüme kinetiği ve morfolojik geçişlerinin incelenmesi
EREN SEÇKİN
Doktora
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Seryum oksit esaslı hibrit materyalin peroksidaz aktivitesinin belirlenmesi
Determination of peroxidase activity of cerium oxide based hybrid material
NAIBA JABIYEVA
- Development of multi-layer conductive polymer nanocomposites for electromagnetic shielding application
Elektromanyetik kalkanlama uygulamaları için katmanlı iletken polimer nano kompozitlerinin geliştirilmesi
FATMA ZEHRA ENGİN SAĞIRLI
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ