Geri Dön

Güneş ışığı kullanılarak sudan hidrojen üretiminde siyah fosfor temelli nanokompozit malzemelerin fotokatalitik aktivitelerinin araştırılması

Investigation of photocatalytic activities of black phosphorus based nanocomposite materials in hydrogen production from water by using sunlight

PDF İndir

  1. Tez No: 780232
  2. Yazar: EMİNEGÜL GENÇ ACAR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İMREN HATAY PATIR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Selçuk Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 218

Özet

Bitkilerdeki doğal fotosentezi taklit eden fotokatalitik hidrojen üretimi, fotokatalizörlerin varlığında suyun moleküler oksijen ve hidrojene ayrıştırılması için görünür ışığın kullanıldığı, verimli, basit, düşük maliyetli, güvenli ve temiz bir güneş enerjisi dönüşüm yöntemi olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte, fotokatalitik hidrojen üretimi için, metal içermeyen, kararlı, düşük maliyetli, uygun bant aralığına ve UV'den yakın kızılötesi bölgeye geniş ışık absorpsiyonuna sahip çevre dostu fotokatalizörler üzerine gerçekleştirilen araştırmalar henüz geliştirilme aşamasındadır. 2D polimerik metal içermeyen bir yarı iletken fotokatalizör olarak grafit karbon nitrürün (g-CN), uygun bant konumları, düşük maliyeti, yüksek kimyasal kararlılığı ve toksik olmayan doğası nedeniyle görünür ışık altında fotoaktif bir malzeme olduğu kanıtlanmıştır.g-CN'ün fotokatalitik performansını artırmak için umut verici morfolojik yaklaşımlardan biri olan gözenekli g-CN (mpg-CN), yüzey alanının artırılması amacıyla geliştirilmiştir. Metal içermeyen bir başka 2D yarı iletken olan siyah fosfor (BP), düzlem içi anizotropik elektronik özellikleri, geniş absorpsiyona yol açan kalınlığa bağlı doğrudan bant aralığı, yüksek yük hareketliliği ve geniş yüzey alanı gibi benzersiz optik ve elektriksel özellikleri nedeniyle fotokataliz alanında son derece dikkat çekmektedir. Bununla birlikte, iki ya da daha fazla yarı iletkenin birleştirilmesiyle elde edilen heteroeklem sistemler, fotokatalitik aktivitenin geliştirilmesinde etkili olmaları nedeniyle hidrojen üretim reaksiyonunda kullanılmaktadırlar. Bu tez çalışmasında, mezogözenekli grafit karbon nitrür/siyah fosfor/metal sülfür tabanlı on iki farklı fotokatalizör (mpg-CN, BP, mpg-CN/BP, mpg-CN/WS2, BP/WS2, mpg-CN/WS2-Y, BP/WS2-Y, mpg-CN/BP/WS2, mpg-CN/BP/WS2-Y (Y: Ni, Co)) sentezlenmiş ve ileri analitik tekniklerle karakterize edilmiştir. Tüm fotokatalizörlerin zamana bağlı fotokatalitik hidrojen üretimi deneyleri elektron verici olarak trietanolamin (TEOA) kullanılarak görünür ışık altında gerçekleştirilmiştir. Yeni nesil hibrit mpg-CN/BP fotokatalizörünün fotokatalitik performansı, mpg-CN ya da BP ile kıyaslandığında artan fotokatalitik aktivite ile sonuçlanmıştır. Literatürde gerçekleştirilmiş g-CN/BP heteroyapıları incelendiğinde, BP ve CN arasında verimli yük aktarımı sağlayan arayüzey etkileşimi sayesinde fotokatalitik aktivitede artış elde edilmiş olsa da, hidrojen üretiminin geliştirilmesi için hala yardımcı katalizörlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu doğrultuda, bu tez çalışmasında tungsten disülfür (WS2), yüksek maaliyetli ve nadir bulunan Pt'e alternatif yarıiletken bir yardımcı katalizör olarak mpg-CN/BP heteroeklem yapısının fotokatalitik hidrojen üretim aktivitesinin geliştirilmesi amacıyla kullanılmıştır. Elde edilen mpg-CN/BP-WS2 heteroyapıları güneş ışığı altında hem mpg-CN/BP hem de mpg-CN/WS2 ikili fotokatalizörlerinden daha yüksek katalitik aktivite sergilemiştir. Son olarak, WS2 bileşikleri üzerinde geçiş metali etkisinin belirlenmesi amacıyla mpg-CN/BP/WS2-Y (Y: Ni Co) hibrit katalizörlerinin fotokatalitik hidrojen üretim reaksiyonu incelenmiştir. mpg-CN/BP/WS2-Y (Y: Ni Co) dörtlü fotokatalizörleri, 2D/2D morfoloji etkisi, genişletilmiş ışık toplama yeteneği, elektron-boşluk ömrünün artırılması ve yük taşıyıcı rekombinasyon oranının azaltılması gibi faktörler doğrultusunda, mpg-CN/BP/WS2 nanoyapılarından daha yüksek fotokatalitik hidrojen üretim performansı sergilemiştir.

Özet (Çeviri)

The photocatalytic hydrogen production mimicking natural photosynthesis in plants, is regarded as an efficient, simple, low-cost, safe and clean conversion method of solar energy in which utilize visible light to split water into molecular oxygen and hydrogen in the presence of photocatalysts. However, the researches on metal-free, stable, cost-effective, eco-friendly photocatalysts with proper band gap and broadband solar absorption from UV to near-infrared region is still in the development stage for the photocatalytic hydrogen production. As a 2D polymeric metal-free semiconductor photocatalyst, graphitic carbon nitride (g-CN) has been proved to be a photoactive material under the irradiation of visible light due to its suitable band positions, low-cost, high chemical stability and non-toxic nature. Mesoporous g-CN (mpg-CN) have been developed to increase surface area of g-CN, which is one of the promising morphological approaches to improve the photocatalytic performance of g-CN. Another metal free 2D semiconductor, black phosphorus (BP) has intensively attracted attention in photocatalysis on account of the unique optical and electrical features such as in-plane anisotropic electronic properties, thickness-dependent direct bandgap leading to broad absorption, high charge mobility and large surface area. On the other hand, heterojunction systems, which are obtained by coupling two or more semiconductor, have used in hydrogen evolution reaction (HER) due to their effectiveness in improving the photocatalytic activity. In this thesis, twelve different photocatalyst based mesoporous graphitic carbon nitride/black phosphorus/metal sulfide (mpg-CN, BP, mpg-CN/BP, mpg-CN/WS2, BP/WS2, mpg-CN/WS2-Y, BP/WS2-Y, mpg-CN/BP/WS2, mpg-CN/BP/WS2-Y (Y: Ni, Co)) have been synthesized and characterized by advanced analytical techniques. Time dependent photocatalytic hydrogen evolution experiments of photocatalysts have been realized by using triethanolamine (TEOA) as an electron donor under visible illumination. The photocatalytic performance of new generation hybrid mpg-CN/BP photocatalyst has resulted enhanced photocatalytic activity in comparison to mpg-CN and BP. According to literature results based on g-CN/BP heterojunction, cocatalysts are still needed to improve hydrogen production despite the enhanced photocatalytic activity owing to the interfacial interaction providing efficient charge transfer between BP and CN. In this respect, tungsten disulfide as an alternative semiconductor co-catalyst to the costly and scarce Pt has been used to enhance photocatalytic hydrogen activity of mpg-CN/BP in thesis. The obtained mpg-CN/BP-WS2 heterostructures have exhibited higher catalytic activity under visible light than both mpg-CN/BP and mpg-CN/WS2 binary photocatalysts. Finally, the photocatalytic HER of mpg-CN/BP/WS2-Y (Y: Ni Co) hybrid catalysts were investigated to detect the effect of transition metals to the WS2 compounds. mpg-CN/BP/WS2-Y (Y: Ni Co) ternary photocatalysts showed the higher photocatalytic hydrogen performance than mpg-CN/BP/WS2 nanostructures, which could be attributed to the 2D/2D morphology effect, extended light harvesting ability, increased electron-hole lifetime and decreased recombination rate of the charge carriers.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    570034

    Grafen-heteroatom temelli katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve hidrojen üretiminde kullanımı

    Graphene-heteroatom based catalysts and their application for hydrogen production

    DUYGU AKYÜZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    EnerjiMarmara Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ATIF KOCA

    PROF. DR. ALİ RIZA ÖZKAYA

  2. Tez No

    380870

    Nanoparçaçık temelli hidrojen üretimi

    Hydrogen production based on nanoparticles

    EMRE ASLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    EnerjiSelçuk Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ERSÖZ

    DOÇ. DR. İMREN HATAY PATIR

  3. Tez No

    846274

    The role of oxidative stress factors in the pathophysiology of Ocular Rosacea, analysis of tears and other materials

    Oküler Rosacea patofizyolojisinde oksidatif stres faktörlerinin rolü, gözyaşı ve diğer materyallerin analizi

    NİLÜFER YEŞİLIRMAK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    BiyokimyaGazi Üniversitesi

    Tıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NESLİHAN BUKAN

    PROF. DR. JEAN-LOUIS BOURGES

  4. Tez No

    183999

    Çok doymamış yağ asitleri bakımından zengin alg ilave edilen yemlerin levrek (Dicentrarchus albrax L., 1758)'de büyüme performansı ve vücut komposizyonuna etkisi

    Effects of pufa (Polyunsaturated fatty acids) enriched algae added diets on growth and body composition of sea bass (Dicentrarchus labrax L., 1758)

    KAMİL MERT ERYALÇIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    Su Ürünleriİstanbul Üniversitesi

    Su Ürünleri Yetiştiriciliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERDAL ŞENER

  5. Tez No

    904013

    Farklı substitue çok çekirdekli ftalosiyanin türevlerinin sentezi, karakterizasyonu ve oksidatif katalitik özelliklerinin araştırılması

    Synthesis and characterization of differently substituted polynuclear phthalocyanine derivatives and investigation of their oxidative catalytic properties

    ECEM BELLİKAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    KimyaSakarya Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SALİH ZEKİ YILDIZ

    PROF. DR. SEDA GÜNEŞDOĞDU SAĞDINÇ

    PROF. DR. HÜSEYİN ALTUNDAĞ

Geri Dön