Plasmonik sistemlerde iyileştirilmiş fotokatalitik su ayrıştırma ile hidrojen üretimi
Hydrogen production via enhanced photocatalytic water splitting in plasmonic systems
- Tez No: 802743
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL BOZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 140
Özet
Suyun ayrıştırılması ile hidrojen üretimi, enerji problemlerini çözebilecek olağanüstü bir süreç olarak her zaman kimyacıların ilgisini çekmiştir. Fujishima ve Honda'nın (1972) TiO2 yarı iletkeni üzerindeki çalışmaları, hidrojen üretiminin tarihsel sürecinde başlangıç olarak kabul edilmektedir [1]. Özellikle 1970'li yıllardaki petrol krizi sonrası bu çalışmaları büyük ilgi toplamıştır. Fotokatalitik sistemlerde, güneş spektrumunun görünür alan kısmını (enerjetik payı açısından %40-55) kullanılabilen, pratik, etkin, kararlı ve ekonomik olan yarı iletken fotokatalitik sistemlerin geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. Bu tez kapsamında, CdS ve ZnS temel referans fotokatalizör adayları olarak seçilmiştir. CdS ve ZnS'ün faz farklarının, ve farklı kristal-yapılar içeren nano boyuttaki yapıların katalitik aktiviteye ve kararlılığa etkisi çalışılmıştır. Bu bilgi ışığında defekt yapıya sahip WZ/ZB (Vurtzite/Zinc-blend) ikilileri CdxZn1-xS katı çözeltisi üzerinde nano boyutlarda sentezlendiğinde daha etkin bir fotokatalizör elde edildiği deneysel olarak kanıtlanmıştır. Sentez sürecini optimize ederek, elde edilen Cd0.5Zn0.5S; ulaşılan en yüksek H2 üretim oranı, %2,98'lik bir görünür kuantum verimi ve 850 μmol(h.gcat)-1 olarak hesaplanmıştır. Elektron-boşluk yük ayrıştırılmasını iyileştirmek için nano boyutta (2D) sentezlenen MoS2 temelli metal sülfürler katkı olarak kullanılmıştır. Optimum sentez şartlarında elde edilen MoS2 katkılı Cd0.5Zn0.5S örnekleri için ulaşılan en yüksek H2 üretim oranı, %6,45'lik bir görünür kuantum verimi ve 1843 μmol(h.gcat)-1 olarak hesaplanmıştır. Nano boyutta hazırlanan CdxZn1-xS ve MoS2-CdxZn1-xS katı çözeltilerine hidrotermal yöntemle Ni ve Ag katkılanması sonucu“plazmonik etki”elde edilmiştir. Bu plazmonik etkinin de fotokatalitik aktiviteyi iyileştirme ve kararlılığı artırma yönünde pozitif etki sağladığı görülmüştür. Cd0.5Zn0.5S üzerine plazmonik Ni nanoparçacıkları yüklendiğinde %5,24'lük bir görünür kuantum verimi ve 1496 μmol(h.gcat)-1 bir H2 üretim hızına ulaşılmıştır. Plazmonik Ag nanoparçacıkları yüklendiğinde ise %8,60'lık bir görünür kuantum verimi ve 2458 μmol(h.gcat)- 1 bir H2 üretim hızı elde edilmiştir. Buna ek olarak, plazmonik Ag nano parçacıkları yüklendiğinde ise %10,85'lik bir görünür kuantum verimi ve 3100 μmol(h.gcat)-1 H2 üretim hızı elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Hydrogen production via photocatalytic water splitting, as an extraordinary process that could solve energy problems, has always attracted the interest of chemists. The development of practical, efficient, stable, and economic semiconductor photocatalytic systems that can use the visible part of the solar spectrum (40-55% in terms of energy share) is of great importance in photocatalytic systems. In this thesis, CdS and ZnS were selected as basic references photocatalyst candidates. The effect of phase differences and crystal structure variations on the catalytic activity and stability of nanoscale structures was studied. In the light of this information, more efficient novel nanocrystal solid solutions of twinned wurtzite/zinc-blende, CdxZn1-xS, having rich sulfur vacancies were synthesised. By optimizing the synthesis process, the obtained solid solution of Cd0.5Zn0.5S exhibited a higher photocatalytic performance with a 2.98% apparent quantum yield and 850 μmol(gcat.h)-1 photocatalytic activity. Nanoscale (2D) MoS2-based metal sulfides were used as co-catalysts to improve electron-hole charge separation. The highest H2 production rate reached for MoS2 doped Cd0.5Zn0.5S samples was 1843 μmol(gcat.h)-1 and the calculated apparent quantum yield was 6.45%. Ni and Ag doping via the hydrothermal method to nanoscale CdxZn1-xS and MoS2-CdxZn1-xS solid solutions resulted into“plasmonic effect”. It has been observed that this plasmonic effect has a positive effect on improving photocatalytic activity and increasing stability of the photocatalytic. When plasmonic Ni nanoparticles were loaded on Cd0.5Zn0.5S, an apparent quantum yield of 5.24% and a H2 production rate of 1496 μmol(gcat.h)-1 were achieved. When plasmonic Ag nanoparticles were loaded, an apparent quantum efficiency of 8.60% and a H2 production rate of 2458 μmol(gcat.h)-1 were obtained. In addition, an apparent quantum efficiency of 10.85 % and a H2 production rate of 3100 μmol(h.gcat)-1 were obtained with MoS2- CdxZn1-xS loaded with plasmonic Ag nanoparticles.
Benzer Tezler
- Dispersion engineering of surface plasmon polaritons
Yüzey plazmon polaritonlarının dispersiyon mühendisliği
HÜSEYİN SERHAT TETİKOL
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET İRŞADİ AKSUN
- Magnetooptical materials and device architectures for ultrafast light modulation
Ultra hızlı ışık modülasyonu için manyetooptik malzemeler ve cihaz mimarileri
SOHEILA KHARRATIAN
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik BilimleriKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ÜREY
- Construction and characterization of solid-supported lipid bilayers to investigate cell-surface interactions
Hücre–yüzey etkileşimlerinin incelenmesi için yüzey-destekli lipid zarların oluşturulması ve karakterizasyonu
ABDULHALİM KILIÇ
Doktora
İngilizce
2018
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
- Design of inorganic peptide bonded fusion biomolecules for tracking disease related proteins
Hastalıkla ilişkili proteinlerin izlenmesinde anorganik peptit bağlarla füzyon biyomoleküllerin tasarımı
BERTAN KORAY BALCIOĞLU
Doktora
İngilizce
2014
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
DOÇ. DR. BERRİN ERDAĞ
- Fano control of plasmonic double-resonant systems
Plazmonik çift çınlamalı sistemlerde fano kontrolü
SELEN POSTACI
Doktora
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAN BEK
DOÇ. DR. MEHMET EMRE TAŞGIN