Titanyum dioksit temelli fotokatalizörlerin sentezi ve fotoelektrokimyasal reaktörde hidrojen üretimi aktivitesinin incelenmesi
Synthesis of titanium dioxide based photocatalysts and investigation of hydrogen production activity in photoelectrochemical reactor
- Tez No: 1023850
- Danışmanlar: PROF. DR. AYSEL KANTÜRK FİGEN, DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMED İBERİA AYDIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Güneş enerjisinin doğrudan kimyasal enerjiye dönüştürülmesine olanak sağlayan fotokatalitik ve fotoelektrokimyasal su ayrıştırma yöntemleri, hidrojen üretimi için umut vadeden teknolojiler arasında yer almaktadır. Yaygın olarak kullanılan TiO₂'nin geniş bant aralığı ve elektron-boşluk rekombinasyonu, hidrojen üretim performansını sınırlandırmaktadır. Bu nedenle TiO₂'nin performansını artırmak amacıyla metal kalkojenit yarı iletkenler olan CdS ve ZnTe ile katkılandırılmış kompozit yapılar geliştirilmiştir. Elde edilen malzemelerin yapısal, morfolojik, optik ve elektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. Ultraviyole görünür spektroskopi analizlerinden hesaplanan bant aralığı değerleri TiO₂ için 2,97 eV olarak hesaplanmış olup, katkılandırılmış TiO₂-CdS₀,₇₅ZnTe₀,₂₅ kompoziti için 2,00 eV olarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, CdS ve ZnTe katkısının görünür bölgedeki ışık absorpsiyonunu artırdığını ve TiO₂'nin bant aralığını daralttığını göstermiştir. Kronoamperometri ölçümleri, kompozit numunelerin ışık altında kararlı bir fotoakım davranışı sergilediğini göstermiştir. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi sonuçları, kompozit yapıların yük transfer direncini azaltarak yük taşıyıcılarının ayrımını ve taşınımını iyileştirdiğini ortaya koymuştur. Fotokatalitik hidrojen üretim deneyleri simüle edilmiş güneş ışığı altında metanol kurban ajanı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçlarına göre TiO₂-CdS₀,₇₅ZnTe₀,₂₅ katalizörü en yüksek başlangıç hidrojen üretim hızı (10700 μmol H₂·gkat⁻¹·saat⁻¹), %0,30 güneşten hidrojene dönüşüm verimi ve hidrojen üretim miktarı (240 μmol) ile diğer numuneler arasında en yüksek fotokatalitik performansı sergilemiştir. Fotoelektrokimyasal hidrojen üretim deneylerinde ise TiO₂-CdS₀,₇₅ZnTe₀,₂₅ katalizörü, 347 μmol H₂ hidrojen üretimi ve 380 μmol H₂·cm⁻²·saat⁻¹ başlangıç hidrojen üretim hızı ile en yüksek fotoelektrokimyasal performansı göstermiştir. Elde edilen sonuçlar, TiO₂/CdS/ZnTe heteroeklem yapılarının görünür ışık absorpsiyonunu artırdığını, yük taşıyıcılarının rekombinasyonunu baskıladığını ve yük transfer süreçlerini iyileştirdiğini göstermiştir. Özellikle CdS oranının yüksek olduğu TiO₂-CdS₀,₇₅ZnTe₀,₂₅ kompoziti, hem fotokatalitik hidrojen üretimi hem de fotoelektrokimyasal performans açısından en başarılı numune olarak belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Photocatalytic and photoelectrochemical water splitting methods, which enable the direct conversion of solar energy into chemical energy, are among the most promising technologies for hydrogen production. However, the wide band gap and rapid electron–hole recombination of widely used TiO₂ limit its hydrogen production performance. Therefore, composite structures modified with the metal chalcogenide semiconductors CdS and ZnTe were developed to enhance TiO₂ performance. Within the scope of the study, TiO₂-CdS, TiO₂-ZnTe, and TiO₂-based composites containing different CdS ratios were synthesized via a hydrothermal method. The structural, morphological, optical, and electrochemical properties of the prepared materials were systematically investigated. Band gap energies determined from UV–Vis spectroscopy were 2.97 eV for TiO₂ and 2.00 eV for TiO₂-CdS₀,₇₅ZnTe₀,₂₅. These results indicate that incorporating CdS and ZnTe enhances visible-light absorption and effectively narrows the band gap of TiO₂. Chronoamperometric measurements demonstrated stable photocurrent responses of the composite samples under illumination. Electrochemical impedance spectroscopy showed that the composite structures reduced charge-transfer resistance and enhanced the separation and transport of photogenerated charge carriers. Photocatalytic hydrogen production experiments were carried out under simulated solar irradiation using methanol as a sacrificial agent. Among the investigated photocatalysts, the TiO₂-CdS₀,₇₅ZnTe₀,₂₅ catalyst exhibited the highest photocatalytic performance, achieving a hydrogen production amount of 240 μmol H₂, the highest initial hydrogen generation rate (10700 μmol H₂·gcat⁻¹·h⁻¹), and a solar-to-hydrogen (STH) efficiency of 0.30%. In photoelectrochemical hydrogen production experiments, the TiO₂-CdS₀,₇₅ZnTe₀,₂₅ photoelectrode also showed the best performance, delivering 347 μmol H₂ and achieving the highest initial hydrogen generation rate of 380 μmol H₂·cm⁻²·h⁻¹. The obtained results demonstrate that TiO₂/CdS/ZnTe heterojunction structures enhance visible-light absorption, suppress charge carrier recombination, and improve charge transfer processes. In particular, the TiO₂-CdS₀,₇₅ZnTe₀,₂₅ composite containing the highest CdS content, was identified as the most effective sample in terms of both photocatalytic hydrogen production and photoelectrochemical performance.
Benzer Tezler
- C/TiO2 kompozit fotokatalizör sentezi ve uygulamaları
Synthesis and application of C/TiO2 composite photocatalyst
YUSUF OSMAN DONAR
- Application of advanced oxidation and novel biological methods for the treatment of terephthalic acid plant wastewater
Tereftalik asit fabrikası atıksularının arıtılmasında ileri oksidasyon ve yeni biyolojik yöntemlerin uygulanması
GÜLEN TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜHEYDA ATALAY
- Development of aerogel based optofluidic microreactors
Aerojel tabanlı optofluidik mikroreaktörlerin geliştirilmesi
YAPRAK ÖZBAKIR
Doktora
İngilizce
2018
Mühendislik BilimleriKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ERKEY
- Nanohybrid photocatalytic filter production via electrophoretic deposition
Elektroforetik depozisyon yöntemiyle nano hibrit fotokatalitik filtre üretimi
ONUR AĞMA
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
- Titanyum dioksit (TiO2) temelli magnetit ile modifiye edilmiş mezo gözenekli malzeme sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization mesoporous material based on titanium dioxide (TiO2) with magnetite modification
MERVE ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YASEMEN KALPAKLI