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
- Tez No: 887648
- 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: 119
Özet
Bu tez çalışmasında, florin katkılı kalay oksit (FTO) yüzeyine TiO₂ ve elektrokimyasal yöntemle indirgenmiş grafen oksit (ERGO) elektrodepozisyon yöntemiyle kaplanmış ve bu yapıya Al katkılanarak TiO₂/ERGO yapılarının fotoelektrokatalitik ve kapasitif performans özelliklerinin iyileştirilmesi ve incelenmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, FTO-ERGO/TiO₂/Al nanokompozit fotoelektrotlar pratik, ucuz ve çevreci olan elektrokimyasal yöntemlerle üretilmiştir. Oluşturulan elektrot yüzeyleri, fotoelektrokatalitik ve kapasitif özellikleri açısından ayrı ayrı değerlendirilerek, belirlenen optimum şartlarda elektro-redüktif olarak Al ile katkılanmıştır. ERGO/TiO₂ yapısına Al katkılanması ile TiO₂'nin geniş bant aralığı daraltılmış ve böylece görünür bölgedeki ışık etkileşimi artırılmıştır. Bu işlem sonucunda, hem görünür bölgedeki foton absorpsiyonu için ideal bir morfolojik yapı elde edilmiş hem de ERGO'nun yüksek elektriksel iletkenliği ve elektron hareketliliği sayesinde fotoelektrotlara etkin elektron iletim hızı kazandırılmıştır. FTO-ERGO/TiO₂/Al nanokompozit yapıları, X-ışını Kırınım Spektroskopisi (XRD), X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM) ve Transmisyon Elektron Mikroskopisi (TEM) ile yapısal ve morfolojik olarak karakterize edilmiştir. Elde edilen veriler, nanokompozit yapıların homojen bir dağılıma sahip olduğunu ve yüzey morfolojisinin optimize edildiğini göstermiştir. Nanokompozit elektrotların fotoelektrokatalitik etkisinin incelenmesi amacıyla, kirleticilerin fotokatalitik parçalanmasına bir örnek teşkil eden ve tekstil atık sularında oldukça yüksek oranda bulunan metilen mavisinin fotoelektrokatalitik bozundurulması gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmada, metilen mavisinin fotoelektrokimyasal gideriminde yalnızca güneş enerjisi kullanılmış, herhangi bir potansiyel uygulanmamıştır. Fotobozunma sırasında azalan metilen mavisi konsantrasyonu, UV absorpsiyonunda meydana gelen değişim ile belirlenmiştir. Ek olarak, FTO-ERGO/TiO₂/Al nanokompozitlerin kapasitif özelliklerinin incelenmesi amacıyla, döngüsel voltamogramları (CV) ve galvanostatik şarj-deşarj eğrileri (GCD) kaydedilmiştir. Yapılan ölçümler üzerinden spesifik kapasitans değerleri hesaplanmış ve literatürle karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, Al katkılı FTO-ERGO/TiO₂ nanokompozitlerin, FTO-ERGO/TiO₂'ye kıyasla daha yüksek fotoelektrokatalitik aktivite ve kapasitif performans sergilediğini göstermiştir. Bu durum, Al katkısının bant aralığını daraltarak görünür bölgedeki ışık absorpsiyonunu artırması ve ERGO'nun yapıda elektriksel iletkenliği iyileştirmesi ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca, elektrokimyasal yöntemle üretilen nanokompozitlerin, çevreci ve ekonomik bir üretim süreci ile elde edilmesi, bu yapıların endüstriyel uygulamalar için uygunluğunu artırmaktadır. Tez çalışması kapsamında hazırlanan FTO-ERGO/TiO₂/Al nanokompozit yapılarının üretim aşamasında herhangi bir yan ürün veya zararlı atık oluşmaması, bu yöntemin sürdürülebilirlik açısından da avantajlı olduğunu ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, bu çalışmada geliştirilen nanokompozit fotoelektrotlar, atık sulardaki kirleticilerin yalnızca güneş aydınlatması kullanılarak giderilebilmesi ve tekrar kullanılabilirliği bakımından öne çıkmaktadır. Bu yaklaşım, çevresel sürdürülebilirlik ve enerji maliyetlerinin azaltılması açısından büyük önem taşımaktadır. Ayrıca enerji depolama uygulamalarında kullanılabilirliği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the aim was to improve and investigate the photoelectrocatalytic and capacitive performance properties of titanium dioxide (TiO₂) and electrochemically reduced graphene oxide (ERGO) structures deposited on a fluorine doped tin oxide (FTO) surface via electrochemical deposition and electro-reductively doped with aluminum (Al). In this context, FTO-ERGO/TiO₂/Al nanocomposite photoelectrodes were produced using practical, cost-effective, and environmentally friendly electrochemical methods. The fabricated electrode surfaces were individually evaluated for their photoelectrocatalytic and capacitive properties. The incorporation of Al into the ERGO/TiO₂ structure narrowed the wide band gap of TiO₂, thereby enhancing light interaction in the visible region. This process resulted in an ideal morphological structure for photon absorption in the visible region and facilitated efficient electron transport within the photoelectrodes due to the high electrical conductivity and electron mobility of ERGO. The FTO-ERGO/TiO₂/Al nanocomposite structures were structurally and morphologically characterized using X-ray Diffraction (XRD), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Transmission Electron Microscopy (TEM) techniques. The obtained data demonstrated that the nanocomposite structures exhibited a homogeneous distribution and optimized surface morphology. To investigate the photoelectrocatalytic activity of the nanocomposite electrodes, the photoelectrocatalytic degradation of methylene blue, a common pollutant found in high concentrations in textile wastewater, was performed as an example of the photoelectrocatalytic degradation of organic pollutants. In this study, only solar energy was used for the photoelectrochemical removal of methylene blue, and no additional potential was applied. The decrease in methylene blue concentration during photodegradation was determined by the change in UV absorption. Additionally, to examine the capacitive properties of the FTO-ERGO/TiO₂/Al nanocomposites, cyclic voltammograms and galvanostatic charge-discharge curves were recorded. Specific capacitance values were calculated from the measurements and compared with the literature. The results showed that Al-doped FTO-ERGO/TiO₂ nanocomposites exhibited higher photoelectrocatalytic activity and capacitive performance compared to FTO-ERGO/TiO₂. This improvement is attributed to the fact that Al doping narrows the band gap and increases the light absorption in the visible region, and ERGO improves the electrical conductivity of the structure. Moreover, the production of nanocomposites by electrochemical methods, which are environmentally friendly and economically viable, increases the suitability of these structures for industrial applications. The fact that no by-products or harmful waste were generated during the production of FTO-ERGO/TiO₂/Al nanocomposites within the scope of this thesis demonstrates the sustainability advantages of this method. Consequently, the nanocomposite photoelectrodes developed in this thesis stand out for their ability to remove pollutants from wastewater using only solar illumination and their reusability. This approach is significant for environmental sustainability and reducing energy costs. Additionally, their potential for use in energy storage applications has been demonstrated. In conclusion, the FTO-ERGO/TiO₂/Al nanocomposite structures developed in this thesis exhibited high performance in photoelectrocatalytic and capacitive applications, and with environmentally friendly and cost-effective production processes, they stand out as suitable materials for industrial applications.
Benzer Tezler
- Ti6Al4V yüzeyinde anodik oksidasyonla titanyum dioksit nanotüp büyütülmesi ve antibakteriyel özelliklerinin gümüş nanopartikül ve grafen oksit ile geliştirilmesi
Growth of titanium dioxide nanotubes by anodic oxidation on Ti6Al4V surface and improvement of antibacterial properties with silver nanoparticle and graphene oxide
İREM CEMRE TÜRÜ
Doktora
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURHAN CANSEVER
- Investigation of capacitive behaviour of emulsion polymerized pedot and its nanocomposites
Emülsiyon polimerizasyonu ile sentezlenen pedot ve nanokompozitlerinin kapasitif özelliklerinin incelenmesi
DENİZ GÜLERCAN
Doktora
İngilizce
2019
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
- Karbondioksitin elektrokimyasal yöntemle formik aside indirgenmesinde kalay ve indirgenmiş grafen oksit bazlı elektrotların geliştirilmesi
Developing tin and reduced graphene oxide-based electrodes for electrochemical reduction of carbon dioxide to formic acid
KUMRU RENDE
Doktora
Türkçe
2023
KimyaGebze Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR ERGENEKON
DOÇ. DR. DİDEM BALUN KAYAN
- 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
EKİN AKYÜREK
- Genetiği değiştirilmiş organizmaların tespitine yönelik DNA tabanlı elektrokimyasal biyosensör geliştirilmesi
Development of DNA based electrochemical biosensor for detection of genetically modified organisms
BEGÜM TERZİ AKSOY
Doktora
Türkçe
2022
BiyomühendislikKaramanoğlu Mehmetbey ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZLEM ATEŞ SÖNMEZOĞLU
PROF. DR. FİLİZ KURALAY