The effect of oxidation atmosphere on morphology and hydrogen production efficiency of hematite photo anode produced by oxidation of deposited fe film
Oksidasyon atmosferinin biriktirilen fe filmin oksidasyonu ile üretilen hematit foto anodun morfolojisi ve hidrojen üretim verimliliği üzerine etkisi
- Tez No: 810885
- Danışmanlar: PROF. DR. CEVAT SARIOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 78
Özet
Hematit, ucuz olması, tabiatta yaygın olarak bulunması, güneş ışınlarının büyük bir kısmını sönümlemesi, 2.0 eV band gap ile en ideal band aralığına sahip olması ve sulu ortamda en kararlı demir oksit olmasından dolayı fotoelektrot üretiminde dikkat çekmektedir. Hematitin %16,8' lik teorik verimi ile ilgi çekmesine rağmen güneş ışığını hidrojene dönüştürme verimi teorik verimin çok altında kalmıştır. Bunun en önemli nedenleri, Fe2O3'in düşük elektron iletkenliği, düşük boşluk difüzyon mesafesi ve yüksek aşırı gerilim ihtiyacı olarak gösterilmiştir. Bu çalışmada, FTO (Flor katkılı kalay oksit) substratı üzerine elektrokimyasal yöntemle biriktirilen Fe, kontrollü atmosferde termal oksidasyonla başarılı bir şekilde hematite dönüştürülmüştür. Katkısız hematit fotoanotların fotoakım değerleri, oksidasyon ortamı (hava, argon, azot, su buharı+argon), oksidasyon sıcaklığı ve oksidasyon süresi gibi termal oksidasyon parametreleri optimize edilerek geliştirilmiştir. Hazırlanan elektrotların fotoelektrokimyasal testleri üç elektrotlu bir sistemde gerçekleştirilmiştir. Numunelerin fotoakımları, LSV, Mott Schottky ve EIS analizleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Oksidasyon ortamı incelendiğinde, su buharı+argon karışımında termal oksidasyonla üretilen fotoanotların PEC (fotoelektrokimyasal) performansının düştüğü, düşük oksijen seviyesine sahip atmosferde üretilen hematit foto-anotların ise PEC performansının arttığı tespit edilmiştir. Filmlerin yüzeyinde oluşan fazların kompozisyonunun tespiti için Raman spektroskopisi ve numunelerin bant aralığının belirlenmesi için UV-vis spektroskopi de yapılmıştır. Numunelerin morfolojileri, taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak karakterize edildi.
Özet (Çeviri)
Hematite has received attention in photoelectrodes production due to its being cheap, widely available in nature, absorbing most of the sunlight, having the ideal band gap of 2.0 eV, and being the most stable iron oxide in an aqueous environment. Although hematite has attracted attention with its theoretical efficiency of 16,8%, the efficiency of converting sunlight to hydrogen remained well below the theoretical performance. The most important reasons for this are attributed to the low electron conductivity of Fe2O3, low gap diffusion distance and high overvoltage requirement. In this study, Fe deposited on the FTO (Fluorine tin oxide) substrate by the electrochemical path was successfully transformed to hematite by thermal oxidation in a controlled atmosphere. Photocurrent values of undoped hematite photoanodes were developed by optimizing thermal oxidation parameters such as annealing environment (air, argon, nitrogen, water vapor+argon), temperature and exposure time. Photoelectrochemical analyses of the hematite photoanode were carried out in a three-electrode system. Photocurrents of the samples were characterized using LSV, Mott Schottky and EIS analyses. When the effect of the oxidation ambience was investigated, it was observed that the PEC (photoelectrochemical) performance of photoanodes fabricated by thermal oxidation in water vapour decreased. In contrast, the photoelectrochemical achievement of Fe2O3 photoanodes produced in an atmosphere including low oxygen levels increased. Raman spectroscopy determined the composition of phase occurring on the surface of the films and UV-Vis spectroscopy for band gap of samples determination was also performed. Morphologies of hematite thin films were characterised using scanning electron microscopy (SEM).
Benzer Tezler
- Nikel köpüklerin ergimiş KOH içerisinde anodik oksidasyonu ile süperkapasitör uygulamaları için elektroaktif nikel oksit üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of electroactive nickel oxides grown on nickel foam by anodic oxidation in KOH melts for supercapacitor applications
NAZLI İREM TOKMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Bakır indiyum sülfür ince filmlerinin sprey piroliz yöntemiyle üretilmesi ve fotoelektrokimyasal güneş pili uygulamalarında kullanımı
Copper indium sulfide thi̇n film production with spray pyrolysis and its usage in photoelectrochemical cells
EMRE YARALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Mühendislik BilimleriTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURDAN DEMİRCİ SANKIR
- Metalik kalayın asidik çözeltiler içerisinde anodik davranışının incelenmesi
Investigation of anodic behavior of metallic tin in acidic solutions
CAN AKYIL
Doktora
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÜRGEN
- Nikelalüminat (NiO/Al2O3) nanopartiküllerinin üretimi
Production of NiO/Al2O3 nanocomposite particles
TUNÇAĞ CİHANGİR ŞEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN