Photocatalytic nanocomposites for increased optical activity
Artırılmış optik etkinlik için fotokatalitik nanokompozitler
- Tez No: 177200
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Nanoparçacıklar, nanokompozit film, TiO2, ZnO, optik geri kazanım, mor ötesi, görünür bölge, fotokatalitik sinerji, fotokataliz, çevresel temizlenme, Nanoparticles, nanocomposite films, TiO2, ZnO, optical recovery, ultraviolet, visible, photocatalytic synergy, photocatalysis, environmental decontamination
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
- Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Çevre kirliliği ile mücadele etmek için, fotokatalitik ayrıştırma fotokatalizör nanoparçacıklarının soğurdukları ışığın optik enerjisini redoks tepkimelerinde kullanılmak üzere kimyasal enerjiye çevirerek yüzeylerinin yakınındaki organik ve inorganik birikintilerin parçalamasını sağlar. Ancak, bu yarı-iletken metal-oksit nanoparçacıkların fotokatalitik etkinlikleri, yasak enerji aralıklarının sadece mor ötesi ışık tayfında optik soğurmaya izin vermesiyle sınırlanmaktadır. Başka bir sınırlama da bu nanoparçacıkların katı ince bir film içerisine sabitlendiklerinde toplam aktif yüzey alanındaki ciddi azalmaya bağlı olarak fotokatalitik etkinliklerinin ciddi bir şekilde düşmesidir. Fakat bu türden sabitlenmiş nanoparçacıklar endüstriyel uygulamalarda (örneğin, geniş çaptaki çevresel temizlenme ve geniş yüzeylerin kendiliğinden iç/dış temizlenmelerinde) çok daha caziptir. Bu konuları hedef alarak, bu tezde, sabitlenmiş TiO2 ve ZnO nanoparçacıklarının optik etkinlik eğrilerinin spektral davranışlarını ve zamanla olan gelişimlerini inceledik ve gösterdik. Optik etkinlikte nanoparçacık boyutunun etkisini çalıştık. Sabitlenmiş nanoparçacıkların boyutunun küçültülmesiyle fotokatalizde meydana gelen ciddi artışı ilk defa gösterdik. TiO2 ve ZnO nanokompozit filmlerinin herbiri için ayrı ayrı optimal uyarma koşullarını elde ettik. 7.3 J/cm2 uyarma yoğunluğundaki optik ışığa maruz tutulmaları neticesinde TiO2 nanoparçacıkları için %93 ve ZnO nanoparçacıkları için %55 maksimum optik geri kazanımlara ulaştık. TiO2 ve ZnO için maksimum optik geri kazanımları sırasıyla 310 nm ve 290 nm uyarılma dalgaboylarında elde ettik. Aynı optik uyarılma neticesinde ise, nanoparçacık içermeyen negatif kontrol gurubunda herhangi bir optik geri kazanım gözlenmedi. Bu spektral karşılaştırmalı çalışmalarımızda, diferansiyel optik geri kazanım ve fotokatalitik etkinlik arasında güçlü bir uyumluluk gözlendi. Yakın mor ötesi ve görünür bölge tayfında fotokatalitik etkinliğin artırılması için TiO2-ZnO nanoparçacıklarının tek bir kombinasyonunun aynı reçine içine entegrasyonunu önerdik ve deneysel olarak gösterdik. Bu alışılmamış yaklaşımla, 380 nm ve üzerindeki uyarılma dalgaboylarında, aynı toplam metal-oksit nanoparçacık konsantrasyonuna sahip sadece TiO2 ve sadece ZnO nanokompozit filmlerine nazaran daha yüksek değerlerde fotokatalitik etkinlik gözlemledik. Sadece TiO2 içeren nanokompozit film için %14 ve sadece ZnO içeren nanokompozit film için %3 optik geri kazanım değerlerinin elde edildiği görünür bölge 400 nm uyarılma dalgaboyunda TiO2-ZnO nanoparçacık kombinasyonuyla aynı şartlarda %30 civarında optik geri kazanım sağladık. TiO2-ZnO fotokatalitik sinerji etkisi sayesinde tek tip nanoparçacık filmlerinin optik etkinliğinin fotokatalizör kullanılmayan kontrol filminin sıfır tabanına yakın olduğu 440 nm uyarılma dalgaboyunda dahi %20'lere varan optik geri kazanım elde ettik. İlk deneysel ispatı olan bu sonuçlar, TiO2-ZnO birlikte olduğu nanokompozit filmlerinin güneş ışığında verimli fotokatalitik çevresel temizlenme için kullanımını gösteriyor.
Özet (Çeviri)
To combat environmental pollution, photocatalytic decomposition provides degradation of organic and inorganic contaminants near the surface of the photocatalyst nanoparticles by converting optical energy of the absorbed light into chemical energy for the redox reactions. However, photocatalytic activities of such semiconductor metal-oxide nanoparticles are limited with their bandgap energy that allows for optical absorption typically in the ultraviolet spectral range. Yet another limitation is that the photocatalytic activity of these semiconductor nanoparticles is substantially reduced when they are immobilized in solid thin films, resulting from their effectively decreased active surface area. But such immobilized nanoparticles are much more desired in industrial applications, e.g., for mass environmental decontamination and outdoors/indoors self-cleaning on large surfaces. To address these issues, in this thesis, we investigated and demonstrated the spectral behavior and time evolution of optical activity curves of immobilized TiO2 and ZnO nanoparticles. We studied the nanoparticle size effect for the optical activity and demonstrated significant increase in the resulting photocatalysis with decreasing the size of such immobilized nanoparticles for the first time. We obtained optimal excitation conditions for TiO2 and ZnO nanocomposite films separately. We achieved maximum optical recovery levels of 93% for TiO2 nanoparticles and 55% for ZnO nanoparticles at the excitation wavelengths of 310 nm and 290 nm, respectively, after optical irradiation with an excitation density of 7.3 J/cm2, where we observed no optical recovery for their respective negative control groups (with no nanoparticles). In these comparative spectral studies, we showed strong correlation between the differential optical recovery and the photocatalytic activity. For further substantial enhancement in the near ultraviolet and visible spectral ranges, we also proposed and demonstrated the use of a unique combination of TiO2-ZnO nanoparticles integrated together into the same resin. In this novel approach, we observed higher levels of photocatalytic activity under optical irradiation at and above 380 nm compared to the cases of only TiO2 or only ZnO nanocomposite films with the same total metal-oxide nanoparticle density. At 400 nm in the visible, we accomplished an optical recovery level of ~30% with the combination of TiO2-ZnO nanoparticles together while this level was only ~14% for the TiO2 nanoparticles alone and ~3% for the ZnO nanoparticles alone under identical conditions. Even at 440 nm, we obtained ~20% optical recovery using the TiO2-ZnO photocatalytic synergy, despite the optical activity of the single type of nanoparticles alone close to the zero base-line of their control group. These proof-of-concept experimental demonstrations indicate that such TiO2-ZnO combined nanocomposite films hold great promise for efficient environmental decontamination in daylight.
Benzer Tezler
- Mezogözenekli G-C3N4 tabanlı kompozit malzemelerin atık sulardan bazı organik kirleticilerin gideriminde fotokatalitik aktivitesinin değerlendirilmesi
Evaluation of photocatalytic activity of mesoporous G- C3N4 based composite materials in removal of some organic contaminants from waste water
DİREN KILIÇ
Doktora
Türkçe
2023
KimyaAtatürk ÜniversitesiFizikokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA KARACA
DOÇ. DR. ÖNDER METİN
- g-C3N4 destekli bimetalik sülfür nanokompozitlerinin fotokatalitik H2 üretiminin incelenmesi
Investigation of photocatalytic H2 production of g-C3N4 supported bimetallic sulfide nanocomposites
SERPİL KİSBET
- Yeşil sentez metodu ile hazırlanan Ag2S temelli nanokompozitlerin fotokatalitik hidrojen üretiminde kullanılması
The use of Ag2S based nanocomposites prepared by green synthesis method in photocatalytic hydrogen production
AYDIN BARIŞ ŞİMŞİR
- Design and synthesis of a black phosphorus-based heterojunction photocatalyst for hydrogen generation from methanolysis of ammonia borane
Amonyak borandan metanoliz yöntemiyle hidrojen eldesi için siyah fosfor bazlı fotokatalizör tasarımı ve sentezi
HÜSEYİN KÜÇÜKKEÇECİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖNDER METİN
- Ni/ZnO nanokompozit partiküllerinin ultrasonik sprey piroliz tekniğiyle üretimi
Production of Ni/ZnO nanocomposite particles via ultrasonic spray pyrolysis (USP) method
İLAYDA KOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN