Synthesis of graphene oxide based photocatalytic nanocomposite and investigation of its antibacterial activity
Grafen oksit temelli fotokatalitik nanokompozit üretimive antibakteriyel aktivitesinin araştırılması
- Tez No: 604716
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Mühendislik Bilimleri, Bioengineering, Biotechnology, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
Günümüzde bakteri, mantar ve mikroorganizmalardan kaynaklı enfeksiyonların artış göstermesi antibakteriyel malzemelere eğilimi artırmıştır. Organik antibakteriyel maddelerle karşılaştırıldığında inorganik maddelerin yüksek ısı direnci ve uzun yaşam etkisi sayesinde birçok avantaja sahiptir. Bu çalışmada grafen oksitin TiO2 ve Au nanopartikülleriyle oluşturduğu nanokompozitin fotokatalitik etkisi sayesinde bakterilere karşı olan etkisi araştırılmıştır. Grafen oksit, fonksiyonel gruplarının fazlalığı ve yüzey alanının diğer malzemelere kıyasla daha büyük olması sebebiyle günümüzde bilinmektedir. GO barındırdığı epoksi,hidroksil ve karboksil grupları sayesinde TiO2 ve Au nanopartiküllerinin yüzeyine bağlanmasını kolaylaştırır ve elektron taşıyıcılığı için mekanik destek sağlar.TiO2, UV ışık altında yüksek redükleme gücüne sahiptir ve yüksek kimyasal stabilitesi sebebiyle fotokatalitik aktivitede en çok kullanılan malzemelerden biridir.TiO2, UV ışık altında su moleküllerini iyonlarına ayrıştırarak oksijenin (O2) süperoksite (O2•-) elektrolitik redüksüyonunu gerçekleştirebilmektedir. Böylece, radikal atomlarının artmasıyla hücre içindeki iyonik dengeyi bozarak hücrenin parçalanmasına sebep olmaktadır. Ancak, TiO2 enerji bandının 3.0-3.2 eV olmasından dolayı solar spektrumun sadece %5'inde bulunan dalga boylarında ışığı absorplayabilir. Grafen oksit nanopartiküllere mekanik destek sağlayan bir zemin olma görevinin yanı sıra Ti-O-C bağ oluşumuna sebep olarak enerji bandını düşürür ve daha yüksek dalga boylarından da faydalanılmasını sağlar. Bunun yanı sıra, görünür ışık bölgesinden de faydalanabilmek adına metal nanopartiküllerden Au seçilmiştir. Fotokatalitik aktivitenin artması için plasmonik metal nanopartiküllerin yarı iletken metal nanopartiküllerle birleşerek daha fazla dalga boyundan faydalanabildiği literatürde birçok araştırmada yer almaktadır. Bu çalışmada grafen oksit modifiye edilmiş Hummer methodu ile laboratuvarda üretilmiş ve TEM,SEM,AFM,XRD,RAMAN ve UV-Vis karakterizasyon teknikleri ile analizleri yapılmıştır. Ayrıca, sentezlenen kompozit XPS,RAMAN,XRD,UV-Vis,TEM ve SEM karakterizasyon metotlarıyla analiz edilmiştir. Grafen oksit, TiO2 nanopartiküllerin ve Au nanorodlarınn yüzeyine fazla konsantrasyonlarda bağlanamabilmesi için seçilmiştir.TiO2 en iyi yarı-ilekten metal olduğu için seçimiştir, altın nanorodlar ise altın nanopartiküllere göre sert ve sivri uçları sebebiyle fotokatalitik aktiviteyi arttırdığı için seçilmiştir. Çeşitli optimizasyonlar sonucunda grafen oksit yüzeyindeki altın nanorod konsantrasyonu sabit tutulup TiO2 nanopartikül oranı değiştirilmiştir ve fotokatalitik aktiviteleri Rhodamin B boyası ile takip edilmiştir.Antibakteriyel testler için, sentezlenen nanokompozitler arasında en iyi degradasyona sahip olan seçilmiştir ve E.coli bakterisine karşı ışık altında etkisi araştırılmıştır. Hazırlanan nanokompozit ve E.coli kombinasyonu, 3 saat ışık altında etkilendikten sonra sonuçlar akış sitometresi ve floresans mikroskop tarafından tespit edilmiştir.Sonuç olarak, ışık nanokomposite etki ettiğinde reaktif oksijen parçacıklar üreterek ortamdaki bakterileri öldürdüğü tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Nowadays, the increasement in infections caused by bacteria, fungis and microorganisms has increased the tendency to antibacterial agents. Compared to organic antibacterial agents, inorganic substances have many advantages due to their high heat resistance and long life effect. In this thesis presented herein, the effect of nanocomposite produced by graphene oxide with TiO2 and Au nanoparticles on bacterias were investigated by photocatalytic activity. Graphene oxide is popular nowadays because of the excess of functional groups and the surface area of its larger than other materials. Because of its epoxy, hydroxyl and carboxyl groups, GO increase the concentration of the attached TiO2 and Au nanoparticles on the surface and provides mechanical support for electron transporting. In the case of using this composites for photocatalytic antibacterial activity, it can realize the electrolytic reduction of oxygen (O2) to superoxide (O2•-) by deabsorbing water molecules into ions. Thus, with the increase of radical atoms in enviroment, it disturbs the ionic balance in the bacterial cell body and causes cell disintegration. However, because the TiO2 energy band is 3.0-3.2 eV, it can absorb only UV lights that found in only %5 of the solar spectrum. Graphene oxide serves as a mechanical support to nanoparticles as well as Ti-O-C bond formation, which reduces the energy band and allows higher wavelengths to be utilized. In addition, Au was selected from plasmonic metal nanoparticles which can use visible light region.Thus, it provides more area of solar spectrum and it increases photocatalytic degradation. There are many researches in the literature that synergectic effect creation between semiconductor-plasmonic metal nanoparticles, thus it benefits from more wavelengths to increase photocatalytic activity and production of ROS (reactive oxygen species). In this thesis presented herein, graphene oxide was produced in laboratory with modified Hummer's method and analyzed by TEM,AFM, XRD, RAMAN, UV-Vis characterization techniques. Composite also analyzed by many characterization methods as XPS,RAMAN, XRD, UV-Vis,TEM and SEM. Graphene oxide selected as a base and high concentration of TiO2 nanopartices and Au nanorods attached on large surface of graphene oxide. TiO2 selected because of it is best semiconductor and gold nanorods selected because it has sharp edges in the corners of the gold nanorods and it was observed that photocatalytic activity was enhanced more than gold nanospheres. As a result of various optimizations, gold nanorods concentration on graphene oxide surface was kept constant and TiO2 nanoparticles ratio was changed at different concentrations and photocatalytic activities of all composites were followed with Rhodamin B dye. For photocatalytic antibacterial activity experiments, we choosed nanocomposite which has best degradation result and used this nanocomposite for investigation of its efficiency against to E.coli under light excitation. After 3 hours of excitation of nanocomposite and E.coli combination, results followed by flow cytometry and flourosence microscopy. As a result, bacterias killed by the production of ROS when light excited to nanocomposite.
Benzer Tezler
- PAN-rGo-TiO2 ve PAN-rGO-ZnO nanokompozit fotoelektrotların sentezi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal, termal ve fotokorozyon özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and characterization of PAN-rGo-TiO2 and PAN-rGO-ZnO nanocomposite photoelectrodes, and investigation of its electrochemical, thermal, and photocorrosion properties
HATİCE ÖRNEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DERYA TEKİN
- Azot katkılı indirgenmiş grafen oksit/bakır/polidopamin içeren çok bileşenli manyetik nanokompozitlerin sentezi ve fotokatalitik etkinliğinin incelenmesi
Synthesis and investigation of photocatalytic activity of multicomponent magnetic nanocomposites containing nitrogen-doped reduced graphene oxide/copper/polydopamine
ASLIHAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY YILDIZ
- Tetrapirol türevlerinin sentezi ve enerji alanındaki uygulamaları
Synthesis of tetrapyrole derivatives and applications in the field of energy
EKREM KAPLAN
- Nanomaterials in macromolecular synthesis
Makromoleküler yapıların sentezinde nanomalzemelerin kullanımı
AZRA KOCAARSLAN AHMETALİ
Doktora
İngilizce
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- Grafen-heteroatom temelli katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve hidrojen üretiminde kullanımı
Graphene-heteroatom based catalysts and their application for hydrogen production
DUYGU AKYÜZ
Doktora
Türkçe
2019
EnerjiMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATIF KOCA
PROF. DR. ALİ RIZA ÖZKAYA