Geri Dön

Growth of zinc oxide nanostructures on carbon fibers: Production, characterization and photocatalytic properties

Çinko oksit nanoyapıların karbon fiber üzerinde büyütülmesi: Üretimi, karakterizasyonu ve fotokatalitik özellikleri

PDF İndir

  1. Tez No: 641204
  2. Yazar: IRMAK DOĞAN TUNÇ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. FETHULLAH GÜNEŞ, DOÇ. DR. MUSTAFA EROL
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 102

Özet

Son yıllarda, karbon fiber üzerine büyütülmüş çinko oksit nano yapıları, üstün yapısal, elektriksel ve optik özellikle dolayısı ile yoğun olarak çalışılmaktadır. ZnO, geniş band aralığı (3.37 eV) nedeniyle morötesi ışık altında aktive olabilen bir yarı iletken fotokatalizördür. Ancak, çinko oksidin karbon temelli malzemeler üzerinde büyütülmesi veya yapısına metallerin katkılanması ile yasak band aralığının daraltılması ve görünür bölge ışığı altında aktive edilmesi sağlanabilir. Bu bilgiler ışığında, yapılacak çalışmada, çinko oksit nanotellerin, karbon fiber üzerinde hidrotermal yöntem ile büyütülmesi amaçlanmıştır. Fotokatalizör olarak en etkin yapıyı elde etmek için, hidrotermal yöntem koşulları olan sıcaklık, konsantrasyon ve süre optimize edilmiştir. Hidrothermal sentez parametlerinin, ZnO nanotellerin boyutları üzerine etkileri yanıt yüzey yöntemi ve merkezi kompozit yöntemi ile incelenmiştir. Hidrotermal yöntem parametrelerinin, üretilen yapılar üzerindeki etkilerinin anlaşılabilmesi için, yapısal, morfolojik, optik ve fotokatalitik özellikleri detaylı bir şekilde analiz edildi. ZnO nanoteller karbon fiber zerinde başarıyla büyütüldü. Çinko oksit nanotellerin boy ve kalınlık değerleri sırayla, 492 nm'den 1429 nm'ye and 23 nm'den to 111 nm'ye değişiklik göstermektedir. Yapıların, metilen mavisinin parçalanması üzerindeki fotokatalitik etkinlikleri test edildi. Sonuçlar, konsantrasyonun, ZnO nanotellerin boyutları üzerindeki etken parametre olduğu göstermektedir. 30 mM çözelti konsantrasyonu ile üretilen örneklerin fotokatalitik etkinliklerinin daha yüksek olduğu görüldü. 120 °C, 30 mM Zn(NO3)2•6H2O ve 4 saat hidrotermal sentez koşullarında üretilen örneğin, % 99.86 % DE ve 1.2707 h-1 kapp değerleri ile daha yüksek fotokatalitik etkinlik gösterdi. Ayrıca karbon fiber üzerine büyütülmüş çinko oksit nanotellere, fotokatalitik özelliklerini geliştirmek amacı ile potasyum ve alüminyum katkı yapıldı. Katkılama işleminin, örneklerin morfolojik, yapısal, optik ve fotokatalitik özelliklerine etkisi incelendi. Çinko konsantrasyonun % 0.5, % 1, % 5 ve % 10'u konsantrasyonu değerleri test edildi. Potasyum ve alüminyum katkılanmış ZnO nanoteller altıgen zinkit kristal yapısına sahiptir. Optik bant aralığı değerleri dağınık reflektans spectroskopi yöntemi ile tespit edildi. % 0.5 Potasyum ve alüminyum katkılama ile bant aralığında sırasıyla, 0.1 eV ve 0.05 eV'lik düşüş görüldü. Katkılama işlemi, ile ZnO'in fotokatalitik etkinlikliğinde artış sağladı.

Özet (Çeviri)

Over the last decades, zinc oxide nanostructures on flexible carbon fibers have been extensively studied due to their superior structural, electrical and optical properties. ZnO is a wide band gap (~3.37 eV) metal oxide semiconductor photocatalyst activating under ultraviolet light. However, as ZnO nanowires are grown on carbon based substrates, due to synergistic effect, narrower band gap structures could be obtained and catalysts become active under visible light irradiation. Owing to this motivation, ZnO nanowires were grown successfully on carbon fibers by hydrothermal method. To obtain most effective photocatalyst, the effects of hydrothermal synthesis parameters, temperature, concentration and growth time, on dimensions of zinc oxide nanowire structures on carbon fibers were evaluated via response surface methodology and central composite design. Morphological, structural, photocatalytic properties of fabricated structures were analyzed by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and UV-Visible spectrophotometer. ZnO nanowires were successfully grown on carbon fibers with zincite hexagonal structure. The length and thickness values of ZnO nanowires vary from 492 nm to 1429 nm and 23 nm to 111 nm, respectively. Photocatalytic activity of structures was tested in the degradation of methylene blue. Results showed that concentration is the significant parameter on dimensions and the photocatalytic properties of ZnO nanowires. Samples produced at 30 mM showed the best photocatalytic activity. The sample produced at 120 °C, 30 mM Zn(NO3)2•6H2O and 4 hours hydrothermal synthesis parameters exhibited the highest photocatalytic activity with DE% and kapp of 99.86% and 1.2707 h-1, respectively. Furthermore, ZnO nanowires grown on carbon fibers were substituted by potassium and aluminum to enhance the photocatalytic activity. To determine the effects of incorporation; structural, morphological, optical and photocatalytic properties of the samples were evaluated. The potassium and aluminum concentration values of 0.5%, 1%, 5% and 10% of zinc concentration were tested. Potassium and aluminum substituted ZnO nanowires have hexagonal zincite crystal structure. Optical band gap values determined by diffuse reflectance spectroscopy. 0.5% Potassium and Aluminum substitution reduced the band gap of ZnO by 0.1 and 0.05 eV, respectively. Substitution also improved the photocatalytic activity of ZnO nanowires.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    383972

    Metal-oxide nano structures for gas sensing applications

    Gaz algılama uygulamaları için metal-oksit nano yapılar

    ENİS EKMEL TURAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Bilim ve TeknolojiGediz Üniversitesi

    Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. YAVUZ BAYAM

  2. Tez No

    394500

    Fotovoltaik hücreler için bir boyutlu nanoyapıların sentezi ve karakterizasyonu

    Synthesis and characterization of one dimensional (1D) nanostructures for photovoltaic cells

    ALEV TUZCU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Enerjiİstanbul Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL BOZ

  3. Tez No

    903867

    Karbon nanotüp tabanlı çinko oksit nanotellerin büyütülmesi ve optoelektronik özelliklerinin incelenmesi

    Growth of carbon nanotube based zinc oxide nanowires and investigation of their optoelectronic properties

    MEHMET DURMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    EnerjiYalova Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BAYRAM KILIÇ

  4. Tez No

    333069

    Çinko oksit (ZnO) nanoyapıların organik güneş pillerinde uygulaması

    Organic solar cells on ZnO nanostructures

    FARUK BALLIPINAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİGEN KADIRGAN

  5. Tez No

    381019

    Synthesis of zinc oxide nanoparticles by aqueous methods and effect of metal incorporation on the structural/functional properties of nanoparticles

    Su bazlı metotlarla çinko oksit nano parçacıkların sentezi ve metal katkısının nano parçacıkların yapısal/fonksiyonel özelliklere etkisi

    ÖZLEM ALTINTAŞ YILDIRIM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CANER DURUCAN

Geri Dön