TiO2/ERGO nanokompozitlerin elektrokimyasal sentezi ve Mg2+ ile modifikasyonu, fotoelektrokimyasal h2 üretimi ve metilen mavisi gideriminde kullanılması
Electrochemical synthesis of TiO2/ERGO nanocomposites and modification with Mg2+, photoelectrochemical h2 production and use in methylene blue degradation
- Tez No: 885739
- Danışmanlar: PROF. DR. ÜMİT DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya, Energy, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 112
Özet
Fotoelektrokimyasal hidrojen gazı üretim verimini artırmak ve atık sulardan organik kirleticilerin gideriminde kullanmak amacıyla TiO2/Elektrokimyasal olarak indirgenmiş grafen oksit (ERGO) nanokompozit elektrotları, basit ve çevre dostu bir elektrokimyasal yöntemle tek kapta, tek aşamada ve eşzamanlı olarak, doğrudan FTO üzerinde büyütülerek sentezlenmiş ve yüksek sıcaklık, toksik indirgeyici ajan veya yüksek basınçlı hidrojen kullanmadan toprak alkali (Mg2+) metal katyonlarını içeren elektrolit ortamında elektrokimyasal modifikasyon (EKM) ile Ti3+ kusurları ve O boşlukları içeren nanokompozit yapılar haline getirilmiştir. EKM öncesi ve sonrasında nanokompozit elektrotların yapısal ve morfolojik özellikleri X-ışını Kırınımı (XRD), X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) ile karakterize edilmiştir. Optik, elektrokimyasal ve fotoelektrokimyasal karakterizasyonlar ultraviyole-görünür difüze reflektans spektroskopisi (UV-VIS-DRS), fotolüminesans (PL), fotoakım, empedans spektrokopisi (EIS) ve açık devre potansiyeli (OCP) ölçümleriyle gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon sonuçları yüzeyde Mg(OH)2 nanoplakalarının oluştuğunu ve Mg2+ katkısının TiO2/ERGO nanokompozitinde Ti3+ kusurlarının oluşumuna neden olduğunu göstermiştir. Katkılanmış fotoelektrot, Ti3+ kusurları nedeniyle bant aralığı enerjisinde kırmızıya kayma ve gelişmiş absorbans göstermiştir. Mg(OH)2/TiO2/ERGO fotoelektrotu, fotoakım yoğunluklarında on kat artış göstererek 1,20 mA cm-2 değerine ulaşmıştır. Hidrojen üretim miktarı, harici potansiyel uygulanmadan 116 μmol cm-2 ve 1,0 V uygulanan bir potansiyelde 125 μmol cm-2 değerine ulaşmıştır. Hidrojen üretim hızları sırasıyla 22,57 μmol cm-2 h-1 ve 25,53 μmol cm-2 h-1 bulunmuştur. Ayrıca, fotoelektrotların metilen mavisinin fotoelektrokimyasal bozundurulması üzerindeki etkileri incelenmiş ve 5 saatte %98,99 oranında yüksek giderim yüzdesine ulaşılmıştır. Üretilen Mg(OH)2/TiO2/ERGO fotoelektrotu, suyun parçalanmasıyla H2 üretimi ve organik kirleticilerin bozundurulması uygulamalarında yalnızca güneş ışığı kullanılarak, herhangi bir harici potansiyele ihtiyaç duymadan üstün performans sergileyen fotokatalizörler olarak öne çıkmıştır.
Özet (Çeviri)
TiO2/Electrochemically reduced graphene oxide (ERGO) nanocomposite electrodes were synthesized in a single step by a simple and environmentally friendly electrochemical method to increase the photoelectrochemical hydrogen gas production efficiency and for the removal of organic pollutants from wastewater, nanocomposite structures containing Ti3+ defects and O vacancies by electrochemical modification (ECM) in an electrolyte medium containing alkaline earth (Mg2+) metal cations without using toxic reducing agents or high pressure hydrogen. The structural and morphological properties of the nanocomposite electrodes before and after ECM were characterized by X-ray Diffraction (XRD), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Optical, electrochemical and photoelectrochemical characterizations were performed by ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy (UV-VIS-DRS), photoluminescence (PL), photocurrent, impedance spectroscopy (EIS) and open circuit potential (OCP) measurements. The characterization results showed that Mg(OH)2 nanoplates were formed on the surface and Mg2+ doping caused the formation of Ti3+ defects in TiO2/ERGO nanocomposite. The doped photoelectrode showed red shift in band gap energy and enhanced absorbance due to Ti3+ defects. The Mg(OH)2/TiO2/ERGO photoelectrode showed a tenfold increase in the photocurrent densities to 1.20 mA cm-2. The amount of hydrogen production reached 116 μmol cm-2 without applying external potential and 125 μmol cm-2 at an applied potential of 1.0 V. The hydrogen production rates were 22.57 μmol cm-2 h-1 and 25.53 μmol cm-2 h-1, respectively. Furthermore, the effects of the photoelectrodes on the photoelectrochemical degradation of methylene blue were investigated and a high removal percentage of 98.99% was achieved in 5 hours. The fabricated Mg(OH)2/TiO2/ERGO photoelectrode was found to be superior photocatalysts for H2 production by water splitting and degradation of organic pollutants using only sunlight without the need for any external potential.
Benzer Tezler
- TiO2/ergo nanokompozitlerinin elektrokimyasal sentezi ve CdS kuantum parçacıkları ile dekorasyonunun fotovoltaik özelliklerine etkisi
Electrochemical synthesis of TiO2/ergo nanocomposites and the effect of decoration with CdS quantum dots on the photovoltaic properties
EMİR ÇEPNİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
KimyaAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜMİT DEMİR
- TiO2/ERGO/ITO nanokompozit elektrotların elektrokimyasal olarak hazırlanması ve karakterizasyonu
Electrochemical synthesis and characterization of TiO2/ERGO/ITO nanocomposite electrodes
ELİF TEMUR
- TiO2/ERGO nanokompozit elektrotların CdTe, PbTe, Bi2Te3, CdTe/PbTe, CdTe/Bi2Te3 ve PbTe/Bi2Te3 kuantum parçacıklar ile dekore edilmesi, karakterizasyonu ve QDSSCs'lerde uygulamaları
Decoration of TiO2/ERGO nanocomposite electrodes with CdTe, PbTe, Bi2Te3, CdTe/PbTe, CdTe/Bi2Te3 and PbTe/Bi2Te3 quantum dots, characterization and applications in QDSSCs
ELİF TEMUR
- Elektrokimyasal yöntemle indirgenmiş grafen oksit/titanyum dioksit yüzeyinin alüminyum ile doplanması, kapasitif ve fotokatalitik özelliklerinin incelenmesi
Doping of electrochemically reduced graphene oxide/titanium dioxide surface with aluminum and investigation of its capacitive and photocatalytic properties
EBRU TURGUT HİM
- Elektrokimyasal olarak indirgenmiş grafen oksit (ERGO)-TiO2 nanokompozit elektrotların hazırlanması ve boya duyarlı güneş pillerinde (DSSC'lerde) fotoanot olarak kullanılması
Fabrication of electrochemically reduced graphene oxide (ERGO)-TiO2 nanocomposite electrodes for dye sensitized solar cells (DSSC) as photoanode
ZEYNEP SELİN BAŞARAN