Metal/ametal katkılı ZnO nano taneciklerin sentezleri, fotokatalitik aktivitedeki ve boya duyarlı güneş hücrelerindeki performansları
Synthesis of metal/nonmetal doped ZnO nanoparticles, their performances in photocatalytic activity and in dye sensitized solar cells
- Tez No: 767902
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİRCAN DİNDAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Çevre Mühendisliği, Energy, Physics and Physics Engineering, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 163
Özet
Bu tez çalışmasında, Mg, Ag, Fe ve N katkılı çinko oksit (ZnO) fotokatalizörlerini sentezlemek için kolay bir yöntem olan mekanokimya yöntemi tercih edilmiştir. Ayrıca, iki adet metal katkılı ve ametal (N) katkılı ZnO nanotanecikler hazırlanmıştır. Magnezyum katkılı çinko oksit (Mg-ZnO), gümüş katkılı çinko oksit (Ag:ZnO), demir katkılı çinko oksit (Fe-ZnO) ve azot katkılı çinko oksit (N-ZnO) ile katkısız ZnO nanoparçacıkları, 500oC'de kalsinasyon ile ucuz, enerji tasarruflu mekanokimyasal yöntemle sentezlenmiştir. Katkılama etkisini belirlemek için, bu oksitlerin farklı oranları ağırlıkça %1.0 ve %5.0 Mg-ZnO, %0.5, 1.0, 2.0 Ag-ZnO, %0.1,0.2,0.3,0.4, 0.5, 8.0, 10.0, 12.0 Fe:ZnO,ve %1.0,2.0,3.0,4.0 N-ZnO, sentezlenmiş olup fotodegradasyon ve boya duyarlı güneş hücrelerinde uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Seçilen gözenekli çinko oksitlerin yapısal ve morfolojik evrimi, (XRD) ve (SEM) ile karakterize edildi. Mg-ZnO, N-ZnO, Ag-ZnO nanomateryallerin Diffüz Reflektans, Diffüz Absorbans ve UV spektrofotometre kullanılarak araştırılmış ve absorbsiyon verileri kullanılarak enerji bant boşlukları hesaplanmıştır. Ayrıca, numuneler için (BET) analizi yapılmıştır. XRD analizleri, (Mg-ZnO) ve (N-ZnO) örneklerin hekzagonal wurtzit yapıda kristalleştiğini göstermektedir, ama Ag-ZnO numuneleri için yüzey merkezli kübik yapı (FCC) şeklinde kristalleştiğini göstermektedir. Yarıiletkenlerin Kubelka-Munk dönüşümlü DRS spektrumları, bant aralıklarında bazı değişiklikler olduğunu ortaya koymuştur. Fotokatalitik aktiviteler, pH 7'de güneş ışığına simüle ışıma yapan ksenon lamba altında ayrı ayrı 10-5 M sulu boya (MM ve RB) çözeltilerinden 100 mL için 0.1g nanotozlar (katalizörler) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Basit ve ucuz yöntemlerle güneş ışığı altında çalışan, optimum verimleri belirlenmiş orijinal katalizörler bilime katkı sağlayacak ve yeni uygulama alanları için model oluşturacaktır. Aynı zamanda, katkısız ve katkılı katalizörlerden fotokatalitik aktiviteleri en iyi olan ZnO, %5Mg-ZnO, %4N-ZnO ve %1Ag-ZnO seçilip Doctor Blade metodu ile iletken camın (FTO) üstüne yarıiletken pasta oluşturup, ticarî N719 boyası kullanarak boya duyarlı güneş hücreleri hazırlanmıştır. Bu hücrelerden elektrik akımları sırasıyla; 1.1 mA/cm2, 0.02mA/cm2, 0.75mA/cm2 ve 0.2mA/cm2 ve verimler sırasıyla; 0.22%, 0.004%, 0.15% ve 0.032% elde edilmiştir. Katkılı ve katkısız ZnO katalizörlerine kıyasla bir de anod katmanı için ayrıca ticari titanyum dioksit (TiO2) pasta ve papatyadan (luteolin), kırmızı lahana (antosiyanin) ve duttan (antosiyanin) elde edilen boyalar kullanılarak, ticarî N719 boya ile karşılaştırmalı olarak boya duyarlı güneş hücreleri hazırlanmıştır. Tüm akım- voltaj (J-V) ölçümleri, 100mW/cm2 ışık yoğunluğu ve AM 1.5 koşulları altında gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, an easy mechanochemical method used to synthesize Doped ZnO photocatalysts. Magnesium doped zinc oxide (Mg:ZnO), Nitrogen added zinc oxide (N:ZnO), Silver added zinc oxide (Ag:ZnO), Iron added zinc oxide (Fe:ZnO) and undoped ZnO nanoparticles were synthesized by calcination at 500oC by a cheap, energy-efficient and new mechanochemical method. To determine the katkılama effect, different rates of these oxides were synthesized %1.0 ve %5.0 (Mg:ZnO), %1.0,2.0,3.0,4.0 (N:ZnO), %0.5, 1.0, 2.0 (Ag:ZnO), %0.1,0.2,0.3,0.4, 0.5 8.0, 10.0, 12.0 (Fe:ZnO) and performed for the decomposition and dye sensitized solar cells. The structural and morphological evolution of the selected porous zinc oxides were then characterized by (XRD) and (SEM). Mg:ZnO, N:ZnO, Ag:ZnO nanomaterials were investigated using Diffuse Reflectance, Diffuse Absorbance and UV spectrophotometer and energy band gaps were calculated using absorption data. In addition, (BET) analysis was performed for the samples. XRD analyzes show that the samples crystallize in the hexagonal wurtzite structure for Mg:ZnO, N:ZnO and FCC for Ag:ZnO nanomaterials . The Kubelka-Munk transform DRS spectra of the semiconductors revealed some variation in the band gaps. Photocatalytic activities were performed with the use of 0.1g of nanopowder catalyst for 100 mL of aqueous dye (Methylene blue) solution and 100 ml of apueous dye (RB) separately under simulated solar light irradiation at pH 7. By using simple and inexpensive methods, original catalysts working under sunlight, with optimum efficiencies determined will contribute to science and will serve as a model for new areas of application. By choosing the best photocatalysts as photocatalysts 5%Mg-ZnO, 4%N-ZnO and 1%Ag-ZnO that the 100% dye degradation was happened in (45 min, 30 min ve 45 min) respectively, and making a paste on conductive glass (FTO) with the Doctor Blade method, and by using the N719 dye, the electric current results for (pure ZnO, 5%Mg-ZnO, 4%N-ZnO and 1%Ag-ZnO) were (1.1 mA/cm2, 0.02mA/cm2, 0.75mA/cm2 and 0.2mA/cm2) and the efficiency were (0.22%, 0.004%, 0.15% and 0.032%) respectively. In the other hand, the another dye sensitized solar cells were completed using dye from natural flowers like (daisy) that has luteolin dye and fruits like (red cabbage and mulberry) that have anthosyanin dye and using paste of TiO2 . The produced dye-sensitized solar cells were characterized by current-voltage (J-V) measurements and IPCE measurements. All current-voltage (J-V) measurements were performed under 100mW/cm2 light intensity and AM 1.5 conditions.
Benzer Tezler
- Biyopolimer/salisilik asit/alg/ZnO nanotanecik katkılı çok fonksiyonlu nanolif malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of biopolymer/salicylic acid/algae/ZnO nanoparticle multi functional nanofiber materials
FATMA ÇAĞLA ERKOÇ TÜREYEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Structural and optical properties of modified titanium dioxide based films prepared by sol-gel dip-coating
Sol-jel daldırma yöntemi ile hazırlanan modifiye titanyum dioksit tabanlı filmlerin yapısal ve optik özellikleri
HOUMAN BAHMANI JALALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Esnek çinko oksit-perovskit temelli fotodedektör üretimi ve karakteristik özelliklerinin analizi
Production of flexible zinc oxide-perovskite based photodetector and analysis of their characteristic properties
EMİNE KARAGÖZ
Doktora
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDAN DEMİRCİ SANKIR
- ZnO katkılı elektriksel çift tabakalı süperkapasitörün performans ve özelliklerinin incelenmesi
Investigation of performance and properties of ZnO doped electrical double layer supercapacitor
HANDAN BÜYÜKKÜRKÇÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKayseri ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN KARAKÖSE
- İkili ametal katkılı görülür ışık duyarlı TiO2 fotokatalizörlerinin hazırlanması, karakterizasyonu ve fotokatalitik aktivitesi
Visible light active non-metal co-doped TiO2 photocatalysts: preparation, characterization and photocatalytic activity
SİBEL SEVER