The interaction of CD-based chalcogenide quantum dots with raw photosynthetic pigments
İşlenmemiş fotosentetik pigmentler ile CD-içeren kalkojenit kuantum noktaların etkileşimi
- Tez No: 820211
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CANER ÜNLÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 64
Özet
Küresel ısınmanın gezegenimize zararlı etkileri yüksek miktarda tehlikeli gaz salınımı ve hızla tüketilen fosil yakıtlar sebebiyle her geçen gün artıyor. Bu zararlı etkileri azaltmak, çevreye zararı neredeyse yok denecek kadar az olan yenilenebilir enerji kaynakları ve çevresel sürdürebilirlik ile mümkün. Dahası, bilim adamlarına göre dünyanın neredeyse enerji üretiminin tamamını elde ettiği fosil yakıtlardan petrol 35, gaz 37, kömür ise 107 yıl sonra tükenecek. Bu durum daha yaşanılabilir bir dünya için çevresel sürdürülebilirlik ve temiz yenilenebilir enerji kaynaklarının önemini daha da artırıyor. Temiz ve yenilenebilir enerji kaynakları sınırlı ve zararlı olan fosil yakıtların kullanıldığı her hemen hemen her alanda kullanılabilir. Bu alanlardan bazılarına örnek olarak elektrik üretimi, taşımacılık ve lojistik, binaların ısıtması ve endüstriyel süreçler verilebilir. İlaveten, temiz ve yenilenebilir enerji üretimi için doğal ve sürdürülebilir kaynakları olan rüzgar, akar sular, güneş ışığı, yerkürenin iç sıcaklığı ve biyokütle kullanılabilir. Biyokütle son yıllarda üretim kolaylığı, geniş kullanım alanları ve ekonomik potansiyeli ile diğer yenilenebilir enerji kaynakları arasında öne çıkmıştır. Bilimsel tanım olarak, biyokütle dünyada belirli bir yer ve zamanda hayvan ya da bitki gibi organizmalardan üretilen toplam organik malzemedir. Biyokütle belki de hiç tahmin edilmeyecek neredeyse akla gelen tüm organik malzemelerden kolaylıkla elde edilebilir. Bu organik malzemelere örnekler atık çekirdekler, tahta, atık su, kağıt atıkları, saman ve hayvan gübreleri olabilir. Günümüzde biyokütle üretiminin büyük hacmi enerji mahsülü diye adlandırılan tarım yan ürünlerinden sağlanıyor. Tüm besin, lif ve biyokütleden elde edilen biyoyakıtın temeli olan fotosentez bu sebeple son derece mühim. Çünkü tarım kaynaklı biyokütle üretiminde verim fotosentez verimi ile doğrudan ilişkili. Fotosentez sürecinde ürün miktarını artıran etkiye sahip her değişim biyokütle miktarını da arttırır. Bu tezde biyokütle üretimini kolaylaştırmak ve verimini artırmak amacıyla üç farklı yapıda sentezlenen kadmiyum içeren kalkojenit kuantum noktalar fotosentez mekanizmasında ışık emiliminden sorumlu olan pigmentler ile fotosentez verimini yükseltmek için etkinleştirildi. Etkileşimler süresince ıspanak yaprağından kolay bir yöntemle izole edilen fotosentetik pigmentler yapıları zarar görmeden korundu. Pigmentlerle etkileştirmek için seçilen kuantum nokta yapıları fotosentetik pigmentlerin ışığı soğurma dalga boylarına göre belirlendi. Etkileştirilen bütün kuantum noktalar, aşağıdan-yukarı sentez yaklaşımlarından biri olan çift faz sentez metodu kullanılarak sentezlendi. Kuantum noktaların yapısal karakterizasyonu X-Işını Difraksiyonu (XRD) ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ile fotofiziksel karekterizasyonu ise UV-Görünür Bölge Spektroskopisi ve Floresan Spektroskopisi ile yapılmıştır. Kuantum noktalardan CdSSe, fotosentetik pigmentlerin elektromanyetik spektrumun UV bölgesinde yaptıkları soğurma sebebiyle aynı aralıkta enerji salınımı yapacak şekilde sentezlenmiştir. Zengin teleryum miktarına sahip CdSTe kuantum noktalar ise, aynı sebepten pigmentlerin kızılötesi bölgesine yakın dalga boyu aralığında radyasyon soğurdukları için belirli bir kompozisyona ve ışık salınımı spektrumuna sahiptir. Dış kısmında zengin kükürt miktarı ile CdSTe kuantum noktalar ise pigmentlerin ışık soğurduğu herhangi bir dalga boyunda enerji salınımı yapamazlar. Bu kuantum noktalar, enerji transferi ihtimali olmadığındaki fotosentetik pigment-kuantum nokta etkileşimini incelemek için sentezlenmiştir. Gerçekleştirilen etkileşimler radyoaktif elektron geçişlerini aydınlatmak amacıyla V-Görünür Bölge Spektroskopisi ve Floresan Spektroskopisi kullanılarak incelenmiştir. Elde edilen tüm deneysel veriler ayrıntılarıyla birlikte Sonuçlar ve Tartışma kısmında sunulmuştur. Oleik asit kaplı kadmiyum içeren kalkojenit kuantum noktalar ile ıspanak yapraklarından elde edilen fotosentetik pigmentlerin etkileşim sonuçları birkaç maddede özetlenebilir. Floresan Spektroskopi sonuçlarına göre fotosentetik pigmentlerin oleik asit kaplı CdSSe kuantum noktaları ile etkileşiminde, 620 nanometre (nm) ve üzeri uyarımlarda kuantum noktaların pigmentler üzerinde herhangi bir etkisi olmamış ve pigmentler etkileştirilmemiş hallerindeki emisyon spektrumunu korumuştur. Etkileşim 350 nm dalga boyu ile uyarıldığında etkileşitirilmiş pigmentlerin emisyon yoğunlukları tamamen sönümlenmiştir. Fakat 410 nm ve 460 nm dalga boyu tarımlarında, tamamen sönümlenme olmamıştır. Bu uyarımlarda oleik asit kaplı CdSSe ile etkileşen pigmentlerin emisyon yoğunlukları azalmıştır ve radyasyon yayan elektron geçişlerinin bir kısmı engellenmiştir. Tez kapsamında yapılan kükürt miktarı zengin oleik asit kaplı CdSTe kuantum ile olan etkileşimler, oleik asit kaplı CdSSe kuantum nokta-fotosentetik pigment etkileşimleriyle benzer sonuçlar vermiştir. Yine kuantum noktaların pigmentler üzerinde 620 nm ve 660 nm dalga boyu uyarımlarında herhangi bir etkisi olmamış ve pigmentlerin kuantum noktalar varlığında emisyon spekturumları değişmemiştir. İlaveten, 410 nm ve 460 nm uyarımlarında fotosentetik pigmentlerin emisyonları belli oranlarda azalmıştır ve radyasyon yayan elektron geçişlerinin azaldığı kanıtlanmıştır. Yalnız 350 nm dalga boyuna sahip ışık ile uyarılan etkileşimde pigment emisyonlarının sadece %95'i sönümleniştir. Oleik asit kaplı zengin teleryum miktarına sahip CdSTe kuantum noktalar diğer iki kuantum nokta-fotosentetik pigment etkileşimlerinden farklı eğilimde spektroskopi sonuçları vermiştir. CdSTe kuantum nokta-fotosentetik pigment etkileşimi 350 nm dalgaboyu ile uyarıldığında pigment emisyon yoğunlukları üç kat azalmıştır, sönümlenmemiştir. Bir sonraki uyarı dalga boyu olan 410 nanometrede pigmentlerin ve kuantum noktaların emisyon yoğunlukları %50 oranında azalmıştır. Etkileşim 460 nanometrede uyarıldığında ise 685-720 nm aralığında ise etkileştirilmiş pigmentlerin emisyon yoğunlukları tam %15 artmıştır. Bu aralıkta radyasyon yayan elektron geçişleri fazlalaşmıştır. Ayrıca, bu kuantum noktaların varlığında fotosentetik pigmentlerin fotolüminesans uyarım spektrumunda 500-575 nm dalga boyu arasındaki yeşil ışık bölgesindeki ışığı soğurma kapasiteleri artırılmıştır. Bu etkileşimin diğer etkileşimlerle emisyon spektroskopisindeki tek ortak sonucu ise 620 nm ve 660 nm uyarımlarında görülmüştür. Diğer etkileşimlerdeki gibi bu dalga boylarındaki uyarımlarda CdSTe kuantum noktalarıyla etkileştirilmiş pigmentlerin etkileştirilmemiş olanlarla emisyon farkı yoktur. Bu tez, bitki yapraklarından izole edilen işlenmemiş fotosentetik pigmentleri yapılarını koruyarak kadmiyum içeren kalkojenit kuantum noktalarla etkileştirmeyi ve bu sayede pigmentlerin yeşil ışık bölgesindeki ışığı soğurma kapasitesini artırmayı başararak özgün bir çalışma halini almıştır. Tüm spektroskopik veriler sonucu fotosentetik noktalar emisyon spektrumları ve fotolüminesans uyarım spektrumlarında karakteristik piklere sahip olarak oleik asit kaplı CdSSe, zengin teleryum miktarına sahip oleik asit kaplı CdSTe ve kükürt miktarı zengin olan oleik asit kaplı CdSTe kuantum noktalar ile etkileşimlerinde bozulmadıklarını göstermişlerdir. Tez kapsamında yapılan tüm kuantum nokta-fotosentetik pigment etkileşimlerinin, etkileştirilmemiş pigmentlerin ışığı soğurma ve emisyon spektrumları göz önüne alarak detaylı bir şekilde optik incelemesi yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
The detrimental effects of global warming caused by usage of fossil fuels and toxic gas emission to the atmosphere could be dramatically decreased by environmental sustainability and renewable energy resources. Moreover, coal, oil and gas classified as fossil fuels which almost the whole energy of the world derived from is going to respectively be over in 107, 35 and 37 years. That is why alternative renewable energy sources are quite important according to scientists. It is possible to utilise renewable energy resources in almost all areas where fossil fuels have a usage. Renewable energy is able to be used in the production of electricity, in transportation and logistics as a fuel, in buildings and industrial processes as a heat release after conversion. Wind, flowing water, sunlight, the internal heat of the earth and biomass are natural resources of renewable energy. Biomass is a significant renewable energy source because of its economic potential, easiness in production and functional usage in many areas. Biomass is defined as organic materials in total produced by a living organism like plants and animals in a stated time and place in the world. Biomass could be manufactured by almost all organic materials we know such as seed waste, wood, wastewater, paper waste, straw and manure. These days, better half of biomass production is produced by products of agriculture which are known as energy crops. That makes photosynthesis that underlies formation of food and fibre along with biomass-based biofuels quite an important process. Photosynthesis and the energy conversion required for the production of biomass are utterly related to each other. In this thesis, quantum dots having three various structures were interacted with photosynthetic pigments which are responsible for light harvesting to increase and simplify biomes production by enhancing the efficacy of photosynthesis. In addition, photosynthetic pigments were extracted by spinach leaves that are easily provided and they are kept intact during the interactions. The compositions of quantum dots' structures were designated in accordance with the absorption wavelengths of photosynthetic pigments. The quantum dots interacted were oleic acid-capped CdSSe QDs, CdSTe QDs with the Te-riched core and CdSTe QDs with the outer S-enriched region. Also, all quantum dots were synthesis two-phase synthesis method which is one of the bottom-up approaches. The CdSSe QDs were synthesised as they have an emission in the same UV range in electromagnetic spectrum that photosynthetic pigments absorb light. The CdSTe QDs with the Te-riched core have a stated composition owing to the same reason and emission spectrum in the near IR region that pigments have also absorption. The CdSTe QDs with the outer S-enriched region have no emission of light in any common region with photosynthetic pigments that absorb radiation. Those quantum dots are synthesised to examine the quantum dot-photosynthetic pigment interaction when there is no possibility of energy transfer. The results of the interactions were analysed by UV-Visible Spectrophotometer and Fluorescence Spectroscopy and experimental data was exhibited in the section of Results & Discussion in detail. As a result of all experiments, the absorption intensity of the photosynthetic pigments interacted with the Te-enriched CdSTe QDs was increased by 50% at the excitation wavelength of 410 nm. Additionally, the light harvesting capacity of photosynthetic pigments was enhanced at 500-575 nm in the green-light range of spectrum in the presence of the CdSTe QDs with the Te-riched core.
Benzer Tezler
- Moleküler imprint sol-jel polimer kaplı kuantum noktaların sentezi ve optik sensör uygulaması
Synthesis of quantum dots coated with molecularly imprinted sol-gel polymer for application of optical sensor
TANER ARSLAN
- Nerium oleander ekstrelerinden elde edilen karbon nanodotların meme kanseri hücreleri üzerindeki in vitro sitotoksik ve genotoksik etkilerinin incelenmesi
Investigation of in vitro cytotoxic and genotoxic effects of carbon nanodots synthesized from Nerium oleander extracts on breast cancer cells
SİNEM ŞİMŞEK KEKEVİ
Doktora
Türkçe
2019
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELMA ÖZBEK
DOÇ. DR. RÜKAN GENÇ ALTÜRK
- İlaç taşıyıcı olarak halloysit içeren nanosüngerlerin tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu
Design, synthesis and characterization of halloysite containing nanosponges as drug carrier
BURCU AKAR
- Synthesis of beta-cyclodextrin containing diblock copolymers and their host-guest based self-assembly
Beta-siklodekstrin içeren diblok kopolimerlerin sentezi ve konak-konuk temelli bir araya gelmeleri
HÜSEYİN KURUOĞLU
- Albümin tabanlı nano taşıyıcılar geliştirilmesi
Development of albumin based nano carriers
NURSENEM KARACA
