Geri Dön

Novel semiconductor nano-structures for photocatalytic applications

Fotokatalitik uygulamalar için yeni yarı iletken nano yapılar

PDF İndir

  1. Tez No: 787256
  2. Yazar: FATİH ARLI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. KUROŞ SALİMİ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Z-scheme heterojunction, Electron transfer layer, PDA, ZnO/CeO2, N-doped carbon layer, ZnO@MOF-5, Water splitting, H2 generation
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Enerji Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
  13. 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

  1. Tez No

    571391

    Preparation of multifunctional materials for photocatalytic applications

    Fotokatalitik uygulamalar için çok fonksiyonlu malzemelerin hazırlanması

    CEREN UZUN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MÜRVET VOLKAN

    DOÇ. DR. MURAT KAYA

  2. Tez No

    389265

    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

    İngilizce

    2015

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ

    YRD. DOÇ. DR. ALİ KILIÇ

  3. Tez No

    802743

    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

    Türkçe

    2023

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL BOZ

  4. Tez No

    96200

    Structural and electronic properties of carbon-based materials

    Karbon-temelli materyallerin yapısal ve elektronik özellikleri

    ÇETİN KILIÇ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2000

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. SALİM ÇIRACI

  5. Tez No

    710900

    Development of novel thermal conductive polymer nanocomposites

    Yeni nesil termal iletken polimer nanokompozitlerin geliştirilmesi

    ELİFTEN SEMERCİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN

    DOÇ. DR. TUBA ERDOĞAN BEDRİ

Geri Dön