Photocatalytic hydrogen production over ionic liquid coated semiconductors
İyonik sıvı kaplı yarı iletkenler kullanılarak foto katalitik hidrojen üretimi
- Tez No: 690453
- Danışmanlar: PROF. DR. RAMAZAN YILDIRIM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasının amacı fotokatalitik hidrojen üretiminde kullanmak üzere boya ile duyarlılaştırılmış ve iyonik sıvı (IL) ile kaplanmış, aktif ve dayanıklı fotokatalizörler üretmek ve onu oluşturan parçaların hidrojen üretim hızına etkilerini incelemektir. Öncelikle, suyun fotokatalitik (PWS) ve fotoelektrokimyasal (PECWS) ayrıştırılması alanında literatürde bulunan deneysel sonuçlardan ve suyun IL içindeki çözünürlüğü ile ilgili ise DFT COSMO-RS kullanılarak oluşturulan üç farklı veri tabanı yapay öğrenme yöntemleri ile analiz edilmiştir. Bunun için birliktelik kuralları analizi (ARM), karar ağacı (DT), rassal orman (RF) ve derin öğrenme (DL) gibi yöntemler kullanılmış, analizler R ve Python ortamında yapılmıştır. PWS analizinde modellerin veriye yüksek uyumu, perovskitler ile yürütülen PWS deney sonuçlarının tahmin edilebilir olduğunu göstermiş, ancak verimi arttırmak için yaygın olarak uygulanan iyon doplama, eş-katalizör veya yapay donör kullanmanın istenildiği kadar etkili olmadığı ortaya konulmuştur. Suyun IL içinde çözünürlüğü DL ile başarılı bir şekilde tahmin edilebilirken, DT ile yapılan sınıflandırma çalışmaları da başarılı olmuştur; bu modeller suyun çözünürlüğü için iyonik sıvıların anyonik kısmına ait özelliklerinin daha belirleyici olduğunu göstermiştir. PECWS'de kullanılan yarı iletkenlerin enerji bant aralıkları yüksek doğruluk payı ile modellenmiş olsa da fotoakım yoğunluk değerleri iyi tahmin edilememiştir. Tezin deneysel kısmında ise, N719 boya ile duyarlılaştırılmış ve iyonik sıvı ([BMIM][BF4]) ile kaplanmış %1 Pt/TiO2'nin foto katalitik hidrojen üretimine sağladığı iyileştirme araştırılmıştır. Üretilen fotokatalizörlerin SEM-EDAX, CTEM, FTIR, XRD, UV-Vis ve elektrokimyasal analizleri yapılmıştır. İyonik sıvının hem fotokatalizör ve reaksiyon ortamı arasında daha iyi yük transferi sağlayarak hem de foton yoluyla üretilmiş e- ve deşiğin yeniden birleşimini engelleyerek verimi arttırdığı gözlemlenmiştir. İyileşme, IL ve N719'un birlikte kullanıldığı durumlarda daha yüksek olmuştur. Aynı deneyler %1 Pt/SrTiO3 katalizörü ile de yapılmış ancak tekrarlanabilir sonuçlar alınamamıştır. Son olarak reaktörün yapısal özellikleri ve çalışma koşullarına ait faktörlerin de (reaktördeki boşluk hacmi, gaz-sıvı ara yüzey alanı, taşıyıcı gaz debisi ve karıştırma hızı) hidrojen üretimi üzerinde etkili oldukları görülmüştür.
Özet (Çeviri)
The objective of this thesis is to develop active and stable dye sensitized and ionic liquid (IL) encapsulated photocatalysts for hydrogen production, and to investigate the roles of photocatalysts constituents on hydrogen production rate. First, comprehensive experimental datasets for photocatalytic (PWS) and photoelectrochemical (PECWS) water splitting were constructed from literature while a large dataset for water solubility in ILs were created computationally using DFT and COSMO-RS. Then, these datasets were analyzed by machine learning (ML); association rule mining (ARM), decision tree (DT), random forest (RF) and deep learning (DL) were implemented in R and Python environment. In PWS analysis, the clear trends and the high fitness of the models constructed, especially those involved the band gap, indicates that PWS over perovskites is predictable but the sound solutions like ion doping, use of co-catalyst, or use of sacrificial donors did not help as much as desired. The prediction accuracies of DL and classification accuracy of DT models for the water solubility in ILs were also high, and the properties of anionic parts of ILs are more influential for water solubility. The band gap of semiconductors used in PECWS were also predicted successfully even though the prediction accuracy of photocurrent density was not satisfactory. In the experimental part of the thesis, the enhancement of photocatalytic hydrogen production over 1 wt% Pt/TiO2 sensitized by N719 dye and coated by a thin layer of ionic liquid ([BMIM][BF4]) has been investigated; SEM-EDAX, CTEM, FTIR, XRD, and UV-Vis characterization of the photocatalysts, and electrochemical analysis of the respective photoelectrodes were performed. The IL coating increased the performance of 1%Pt/TiO2 by providing better charge transfer between the photocatalyst and the aqueous reaction medium while simultaneously preventing the recombination of photogenerated electron-hole pairs; the improvement was much higher with the use of IL and N719 together. The performance of 1% Pt/SrTiO3 was also tested but the reproducible results could not be obtained. Finally, the factors related to the structure of the reactor and operational conditions (like dead volume, gas-liquid interfacial area, sweep gas flowrate and stirring speed) were also found to be influential over the hydrogen production rate.
Benzer Tezler
- Heterogeneous photocatalytic elimination of metal ions
Metal iyonların heterojen fotokatalitik yöntem ile arındırılması
DURATA ERTEK(HACİU)
- Photocatalytic hydrosilation of some dienes using m(CO)6 complexes
Bazı dienlerin m(CO)6 kompleksleri kullanılarak fotokatalitik hidrosilillenmesi
WAFA`A YASER ABDELGADER
Doktora
İngilizce
1993
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEKİR PEYNİRCİOĞLU
- Heterogeneous photo catalytic activity of transition-metal cation impregnated TiO2
Başlık çevirisi yok
PARISA DELJOVIE RAKHSSHANDEH BAZARGAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YÜKSEL İNEL
- Photocatalytic degradation of phthalic anhydride and dicarboxylic acids
Başlık çevirisi yok
AYŞE NEREN ÖKTE
