Novel semiconductor nano-structures for photocatalytic applications
Fotokatalitik uygulamalar için yeni yarı iletken nano yapılar
- Tez No: 787256
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KUROŞ SALİMİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Z-scheme heterojunction, Electron transfer layer, PDA, ZnO/CeO2, N-doped carbon layer, ZnO@MOF-5, Water splitting, H2 generation
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 168
Özet
Dünyada fosil enerji kaynaklarının hızla azalması ve karbon emisyonlarının artması, yenilenebilir, ucuz ve çevre dostu enerji kaynakları arayışlarına yol açmıştır. Güneş enerjisi, temiz, bol ve sürdürülebilir olması nedeniyle en çok araştırılan enerji kaynağıdır. Güneş enerjisini yarı iletken fotokatalizörler kullanarak doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren fotoelektrokimyasal su bölme çalışmaları 1972 yılından beri sürekli olarak araştırılmaktadır. Son zamanlarda, Çinko oksit (ZnO), çeşitli metal oksitler arasında fotokatalitik uygulamalar için en umut verici yarı iletkenlerden biri olarak ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada, yıldız şeklinde iki çinko bazlı fotoanot üretildi ve fotoelektrokimyasal (PEC) su ayırma performansı araştırıldı. Başlangıçta, PDA köprülü ZnO@PDA/CeO2 Z-şeması üçlü heteroeklem rasyonel olarak sentezlendi. Elektron transfer aracısı olarak PDA kullanıldı ve LED aydınlatma altında fotoelektrokimyasal performansı araştırılmıştır. ZnO@PDA/CeO2 üçlü heteroyapı yoğunluğu için fotoakım, karanlık koşullar altında (24 µA/cm2) elektron-delik çiftlerinin düşük ayrılması nedeniyle elde edildi. Ancak yeni Z-şema sistemi sayesinde bu oran LED (30 mW/cm2) ışınlaması altında yaklaşık on kat (251 µA cm2) artırılmıştır. İkinci çalışmada karbon içeren ZnO@MOF-5-C Z-şeması üçlü heteroyapılar üretildi. Bu yeni sentezlenmiş nanoparçacıkların fotoelektrokimyasal su ayırma verimi Xe (300mW/cm2) ışınlaması altında incelenmiştir. ZnO@MOF-5-C nanoparçacığı için fotoakım yoğunluğu, sırasıyla 2.50 V RHE'de (0.27 mA/cm2, 3.49 mA/cm2) karanlık ve aydınlık koşullar altında ölçülmüştür. Ayrıca, ZnO@PDA/CeO2 ve ZnO@MOF-5-C üçlü heteroeklemler içindeki Z-şeması yük transfer mekanizması, radikal süpürücüler ve yakalama deneyleri, X-ışını fotoelektron spektroskopi yöntemleri kullanılarak doğrulandı. Sonuçlarımıza göre, PDA ve N katkılı bir karbon tabakası, geliştirilmiş PEC hidrojen üretimi için fotojenere yük taşıyıcıların ayrılmasını ve pompalanmasını kolaylaştırdı. Anahtar Kelimeler Z-şeması heteroeklem, Elektron transfer katmanı, PDA, ZnO/ CeO2, N katkılı karbon tabakası, ZnO@MOF-5, Su ayırma, H2 üretimi
Özet (Çeviri)
The rapid decrease in fossil energy sources and the increase in carbon emissions in the world has led to the search for renewable, cheap, and environmentally friendly energy sources. Solar energy is the most researched energy source because it is clean, abundant, and sustainable. Photoelectrochemical (PEC) water splitting studies, which convert solar energy directly into electrical energy using semiconductor photocatalysts have been continuously researched since 1972. Recently, zinc oxide (ZnO) has emerged as one of the most promising semiconductors for photocatalytic applications among various metal oxides. In this study, two zinc-based photoanodes were fabricated in a star shape, and the PEC water splitting performance was investigated. Initially, PDA bridged ZnO@PDA/CeO2 Z-scheme ternary heterojunction were rationally synthesized. PDA was utilized as an electron transfer mediator, and its PEC performance was investigated under LED illumination. A low photocurrent density for ZnO@PDA/CeO2 heterostructures was obtained due to the low separation of electron-hole pairs under dark conditions (24 µA/cm2). However, thanks to the novel Z-scheme system, this rate has been increased by approximately ten times (251 µA cm2) under LED (30 mW/cm2) irradiation. In the second study, carbon-incorporated ZnO@MOF-5-C Z-scheme ternary heterostructures were fabricated. These novel synthesized nanoparticles PEC water splitting efficiency was investigated under Xenon (300mW/cm2) irradiation. The photocurrent density for the ZnO@MOF-5-C nanoparticle was measured under dark (0.27 mA/cm2) and light conditions (3.49 mA/cm2) at 2.50 V vs. RHE respectively. Moreover, the Z-scheme charge transfer mechanism within ZnO@PDA/CeO2 and ZnO@MOF-5-C ternary heterojunctions was verified using radical scavengers and trapping experiments as well as X-ray photoelectron spectroscopy methods. According to this thesis, the PDA and an N-doped carbon layer facilitated the separation and also pumping of photogenerated charge carriers for enhanced PEC H2 generation.
Benzer Tezler
- Preparation of multifunctional materials for photocatalytic applications
Fotokatalitik uygulamalar için çok fonksiyonlu malzemelerin hazırlanması
CEREN UZUN
Doktora
İngilizce
2019
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜRVET VOLKAN
DOÇ. DR. MURAT KAYA
- Design, characterization,and performance tests of nanofibrous filter for removal of volatile organic compounds (VOCs) by photocatalytic oxidation (PCO) for aircraft cabin air filtration applications
Uçak kabini içerisindeki uçucu organik bileşiklerin fotokatalitik oksidasyon yöntemi ile giderilmesi amacıyla nano fibroz yapılı filtrelerin üretimi, karakterizasyonu ve filtrelerin performans testleri
ARDA KÜÇÜKSARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ
YRD. DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
- Plasmonik sistemlerde iyileştirilmiş fotokatalitik su ayrıştırma ile hidrojen üretimi
Hydrogen production via enhanced photocatalytic water splitting in plasmonic systems
MOHAMMED ALFATIH SALAH HAMZA HAMID MOHAMMED ALFATIH SALAH HAMZA HAMID
Doktora
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL BOZ
- Structural and electronic properties of carbon-based materials
Karbon-temelli materyallerin yapısal ve elektronik özellikleri
ÇETİN KILIÇ
Doktora
İngilizce
2000
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. SALİM ÇIRACI
- Development of novel thermal conductive polymer nanocomposites
Yeni nesil termal iletken polimer nanokompozitlerin geliştirilmesi
ELİFTEN SEMERCİ
Doktora
İngilizce
2021
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
DOÇ. DR. TUBA ERDOĞAN BEDRİ