Synthesis and characterization of silver phosphate from lyotropic liquid crystalline mesophase template as a photocatalyst
Gümüş fosfatın liyotropik sıvı kristallerin mezofaz bazlı bir fotokatalizör olarak sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 512707
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 146
Özet
Artan enerji ihtiyaçları ve çevre sorunları araştırma çalışmalarını yönlendirmektedir. Yıllar içinde, birçok yeni bileşik sentezlenmiştir ve aynı zamanda iyi bilinen bileşiklerin morfolojik kontrolü, enerji ve çevre sorunlarının çözümüne katkıda bulunmak için hedef olmuştur. Bunlardan birisi de daha verimli ve uygun bir foto katalizör bulunmasıdır. Son zamanlarda, Ag3PO4 görünür ışık altında foto oksidasyon işlemi için uygun bant aralığına sahip boya bozulması ve suyun hidrolizi için kullanılır olmuştur. Bununla birlikte, etkili bir foto katalizör olarak etkin bir şekilde kullanılması için çözülmesi gereken kararlılık ve yeniden kullanılabilirlik sorunlarına sahiptir. Bu nedenle, birçok araştırma grubu bu materyalin sentezi ve kararlılığı konularında çalışmaktadır. Bu tez çalışması, yüzey aktif madde:Ag(I):H3PO4 liyotropik sıvı kristalin mezofazlardan yararlanılarak mezogözenekli Ag3PO4 sentezine odaklanmıştır. Burada iki çeşit yüzey aktif madde (küçük, 10-lauryl ether, C12EO10 ve büyük pluronik triblok kopolimer, P123, HO(CH2CH2O)20-(CH(CH3)CH2O)70-(CH2CH2O)20H), iki faklı gümüş tuzu (AgNO3, GN and AgCF3SO3, AgOTf) ve iki farklı fosfat öncüsü (H3PO4 and LiH2PO4) kullanılmıştır. Çözeltiler ilk olarak yüzey aktif maddeyi su ya da etanol içerisinde çözüp, sonra stokiyometrik oranda gümüş nitrat ve fosforik asit eklenerek hazırlanmıştır. Homojen ve temiz bir çözelti elde etmek için az miktarda HNO3 eklenmiştir. HNO3 eklenmediği zaman, çözelti içerisinde oluşan sarı çökeltiler filtre ederek çözeltiden ayrılmıştır. XRD, SEM ve N2 tutma-bırakma tekniklerin sonuçlarına göre, bu çökenlerin büyük Ag3PO4 kristaller olduğu anlaşılmıştır. Filtre edilen çözelti ve normal asitli çözeltilerin sonuçları birbirleriyle karşılaştırıldığı zaman aralarında çok büyük farklılıkların olmadığı anlaşılmıştır. Sonuç olarak, az miktarda HNO3 eklenmesi bu sarı çökeltilerin oluşumunu durdurmuştur, bu nedenle diğer sentezlerde nitrik asit kullanılmıştır. Çözelti hazırlandıktan sonra cam slaytların üstüne çevirmeli kaplama ya da döküp kaplama yöntemleri kullanılarak ince ve kalın filmler hazırlanmıştır. Bu filmlerin düşük açıdaki kırınımları mezofazın oluşumunu desteklemiştir. Fakat, bu faz çok kısa bir zaman içerisinde yumuşak mezokristallerine dönüşmektedir. Bunu da XRD de düşük ve yüksek açıda oluşan kırınımlar bize göstermektedir. Daha sonraki adım ise mezogözeneklerin oluşması için kalsinasyon sıcaklığının belirlenmesi işlemidir. Bunun için 300˚C seçilmiştir, çünkü tüm yüzey aktif madde bu sıcaklıkta yanarak istenilen mezogözenekler elde edilir. Ancak istenilen gözenekler tüm madde de homojen olarak oluşmamaktadır. Bazı bölgeler de gümüş metali ve büyük Ag3PO4 kristalleri görülmektedir. Bu yüzden, bu sıcaklığı düşürerek gözlemlere devam edildi. Oda sıcaklığında oluşan yumuşak mezokristallerin düşük sıcaklıklar da Ag3PO4 oluşumunun gözlenmesi sayesinde, sıcaklık aralığının 70-150˚C arası olduğu belirlenmiştir ve bu sıcaklık aralığında farklı morfolojilerde gümüş fosfatların oluştuğu saptanmıştır. Bunlar Rhodamine-B (Rh-B) boyası kullanılarak boya bozulması deneyinde görünür ışık altında test edilmiş ve sonuçlar oldukça tatmin edicidir. Kararlılık sorunu için yüzey aktif maddede bulunan karbonları aktifleştirmek için yakma işlemini vakum altında yapılarak gümüş fosfatlar karbon ile kaplanmıştır. Son olarak, önceden oluşturulmuş mezogözenekli LiMPO4'ü (M = Mn, Co ve Ni) Ag3PO4'e dönüştürmek için katyon değişim yöntemi geliştirilmiştir. Üsteki maddelerden mezogözenekli Ag3PO4 elde edilmiştir, ancak LiCoPO4'ten elde edilenler görünür ışık altında boyanın ışıl bozunumunda en iyi sonucu verirken LiMnP04'ten elde edilenler neredeyse aktif değildir. Bu nedenle, bu gözlemlerin ayrıntılarını anlamak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır ve bu yöntemin yeni ufuklar açacağı ön görülmektedir. Foto katalizörün karalılık problemi için aktif karbon ve katyon değişim yöntemlerinin tanıtımı etkili bir çözüm olarak görünmektedir. Tüm sentez ürünleri ışıl bozunumu deneyinde test edilmiş ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Bu tez, mezogözenekli Ag3PO4'ün sentezlenmesinin, sistemdeki gümüşün davranışının ve katalizörün nasıl kararlı hale gelebileceği kısmını kısmi olarak açıklığa kavuşturmuştur.
Özet (Çeviri)
Increasing energy demands and environmental problems are the driving forces of the current literature. Over the years, many new compounds have been synthesized and also morphological control of the well-known compounds have been the major topics to improve/contribute to the solutions of energy demand and environmental issues. One of these issues is finding an efficient and stable photocatalyst for some of the environmental problems. Ag3PO4 has been a target material for dye degradation and water splitting processes. Silver phosphate has a suitable band gap for photo-oxidation process under visible light irradiation. However, it has stability and reusability problems that needs to be resolved to effectively use as an efficient photo-catalyst. Because of that, many research worked on the synthesis and stability issues of this material. In this thesis, the work focuses on surfactant:Ag(I):H3PO4 lyotropic liquid crystalline mesophase to synthesize mesoporous Ag3PO4. Two different surfactants (small, 10-lauryl ether, C12EO10 and large pluronic, triblock copolymer, P123, HO(CH2CH2O)20-(CH(CH3)CH2O)70-(CH2CH2O)20H), two different silver salts (AgNO3, SN and AgCF3SO3, AgOTf) and two different phosphate precursors (H3PO4 and LiH2PO4) have been used throughout this investigation. Solutions were prepared in water or ethanol by first dissolving surfactant, then adding stoichiometric ratio of AgNO3, and H3PO4. To achieve clear and homogenous solution, a small amount of HNO3 is added to the above solution. Without HNO3, some yellow precipitation occurs that needs to be filtrated out. According to XRD patterns, SEM images, and N2 adsorptiondesorption isotherms, the yellow precipitate is bulk Ag3PO4. Decanted solution and normal acidified solution compares well with each other and the results are similar in ii further steps of the synthesis. Therefore, adding small amount of HNO3 to the solution overcomes the precipitation of bulk Ag3PO4 and used in further steps of the synthesis. Then, the solutions can be spin or drop-cast coated over glass slides to form the mesophases and thin/thick films. The films diffract at small angles, indicating the formation of the mesophase. However, the mesophases are not stable and gradually transform into soft mesocrystals that diffract at small and high angles. Later step is to determine a desired calcination temperature for mesoporosity. Therefore, first a high temperature (over 300˚C) treatments have been applied to burn all surfactant in the films. This ensures mesoporosity, but it also results some bulk formations; silver metal forms at high temperatures. Therefore, the calcination or heat treatment temperature has been gradually reduced down to room temperature (RT). At RT, soft mesocrystal forms that can be heat treated at various low temperatures (70-150˚C) to form Ag3PO4 in many different morphologies; these samples have no silver metal. All Ag3PO4 samples, obtained under different conditions, were tested in Rhodamine-B (Rh-B) dye degradation by visible light irradiation with a good activity. But the catalyst is not stable under catalytic conditions. To solve this problem, some samples were prepared under vacuum to convert surfactants carbons to coat the surface of the catalyst by carbon that stabilized the catalyst. In the last section of the thesis, cation exchange method has been developed to convert pre-formed mesoporous LiMPO4 (M = Mn, Co, and Ni) to Ag3PO4. Mesoporous Ag3PO4 has been obtained from all precursors but the ones obtained from LiCoPO4 performed the best in photo-degradation of dye under visible light and the ones obtained from LiMnPO4 is almost inactive. Therefore, this part needs further studies to understand details of these observations. Introducing carbon and cation exchange methods seem to be effective solutions for the stability problem of this photocatalyst. All synthesis products are tested in the photodegradation experiment and compared with each other. This thesis is partially clarified; how to synthesize mesoporous Ag3PO4, what the behavior of silver in system is, and how to stabilize the catalyst. Furthermore, the cation exchange process opens a new horizon for the Ag3PO4 synthesis.
Benzer Tezler
- Synthesis and characterization of graphene oxide-based self-healable nanocomposite hydrogels
Grafen oksit esaslı kendini onaran nanokompozit hidrojellerin sentezi ve karakterizasyonu
EZGİ BERFİN ÇEPER
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORHAN GÜNEY
- Püskürtmeli kurutma ve termal bozunma prosesleri ile ZnO esaslı partiküllerin ve kompozit yapıların sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Characterization and synthesis of ZnO based particles and composite structures via spray drying and thermal decomposition processes
ŞEYMA DUMAN
Doktora
İngilizce
2016
Seramik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK ÖZKAL
- Synthesis, characterization and investigation of thermoluminescence properties of strontium pyrophosphate doped with metals
Metal katkılı stronsiyum pirofosfat sentezi, karakterizasyonu ve ısısal ışıma özelliklerinin incelenmesi
LEVENT SAİT İLKAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEN YILMAZ
PROF. DR. GÜLHAN ÖZBAYOĞLU
- Lityum iyon batarya uygulamaları için polipirol esaslı anot bağlayıcılar
PPY based anode binder for lithium ion battery application
IŞIK İPEK AVCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELKIZ USTAMEHMETOĞLU
- Metal bazlı nanoparçacıkların DNA etkileşimlerinin incelenmesi
Examination of DNA interactions of metal-based nanoparticles
SEDEF ÖZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyokimyaZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiNanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÇOBAN