Sulfur based photocatalyst synthesis for photocatalytic hydrogen production
Fotokatalitik hidrojen üretimi için kükürt bazlı fotokatalizör sentezlenmesi
- Tez No: 935736
- Danışmanlar: PROF. DR. CEVAT SARIOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Energy, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 78
Özet
Hidrojen (H₂), yüksek enerji yoğunluğuna ve sıfır karbon salınımına sahip yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Fotokatalitik su ayrıştırma, hidrojen üretimi için etkili bir teknik olarak ortaya çıkmıştır. Kalay disülfür (SnS₂), ideal bant aralığı, görünür ışık absorpsiyonu ve katmanlı yapısı sayesinde avantajlı bir fotokatalizördür; bu özellikler yük taşıyıcı dinamiklerini iyileştirir. Bununla birlikte, SnS₂ ve diğer sülfür bazlı fotokatalizörler fotokorozyon yaşamaktadır; bu durum uzun vadeli stabilitelerini ve fotokatalitik etkinliklerini önemli ölçüde kısıtlamaktadır. Bu çalışmanın amacı, SnS₂'nin fotokorozyon davranışını anlamak ve farklı parametrelerin SnS2'nin stabilitesi ile H2 oluşumu performansı üzerindeki etkisini incelemektir. İlk olarak, SnS₂, tüp fırında SnO₂'den termal sülfürizasyon yöntemiyle sentezlenmiştir. Elektronik özelliklerini ve yük transfer dinamiklerini daha ayrıntılı incelemek amacıyla fotoelektrokimyasal (PEC) ölçümler gerçekleştirilmiştir. Mott-Schottky analizi, düz bant potansiyelini belirlemek için uygulanmış ve böylece n-tipi yarı iletken özellikleri doğrulanmıştır. Aydınlatma altında fotokakım tepkisini değerlendirmek amacıyla kronoamperometri uygulanırken, yük transfer direncini incelemek için elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) kullanılmıştır. İkinci olarak, SnS₂'nin H2 oluşumu testleri, kurban ajan olarak Na₂S/Na₂SO₃ ve ko-katalizör olarak Pt kullanılarak 445 nm aydınlatma altında gerçekleştirilmiştir. SnS₂'nin fotokorozyonu gözlemlenmiştir. Bu deneyler sırasında, SnS₂'nin fotokorozyonuna eşlik eden renk değişimi literatürde ilk kez sistematik biçimde raporlanmış; bu optik değişim, fotokorozyonun görsel bir göstergesi ve indikatörü olarak değerlendirilmiştir.SnS2'nin stabilitesini ve verimini artırmak için çeşitli kurban ajanlar (metanol, laktik asit, TEOA) ve ko-katalizörler (Ni, Cu, MoS₂ kümeleri) da test edilmiş; ancak en yüksek H2 oluşumu hızı yine de Pt ve Na₂SO₃/Na2S karışımı ile sağlanmıştır.SnS₂'nin stabilitesi ve fotokatalitik aktivitesi üzerindeki farklı sentez yöntemlerinin etkisini araştırmak amacıyla, hidrotermal ve faceted büyüme yöntemleriyle de sentezlenmiştir. Ayrıca, ağ.%70 SnS₂ ve ağ.%30 Co₉S₈ içeren bir hetero yapı sentezlenmiştir. Bu hetero yapı, kurban ajan olarak TEOA ve fotosensitizör olarak Eosin Y kullanılarak yapılan testlerde geliştirilmiş verimlilik göstererek 3 saat içerisinde 111 µmol hidrojen oluşumu sağlamıştır. Uzun süreli stabilite testleri, hetero yapının verimliliğini ve dayanıklılığını, 24 saat boyunca sürekli hidrojen oluşumu gerçekleştirdiğini doğrulayarak ortaya koymuştur. Hetero-yapı sentezi ile SnS2'nin fotokatalitik H2 üretim verimi artırılmış ve fotokorozyon problemi ortadan kaldırılmıştır.
Özet (Çeviri)
Hydrogen (H₂) is a renewable energy source with high energy density and zero carbon emissions. Photocatalytic water splitting has arisen as an effective technique for H2 generation. Tin disulfide (SnS₂) is an advantageous photocatalyst owing to its ideal band gap, visible-light absorption, and layers of structure, which improve charge carrier dynamics. Nonetheless, SnS₂ and other sulfur based photocatalysts experience photocorrosion, which considerably restricts their long-term stability and photocatalytic efficiency. Aim of this study is to understand the photocorrosion behavior of SnS₂ and examine the influence of different parameters on its stability and H2 evolution performance. Initially, SnS₂ was synthesized via the thermal sulfurization method from SnO₂ in a tube furnace. To further examine its electronic characteristics and charge transfer dynamics, photoelectrochemical (PEC) measurements were performed. Mott-Schottky analysis was applied to determine its flat band potential, thereby validating its n-type semiconductor characteristics. Chronoamperometry was conducted to evaluate the photocurrent response under illumination, while electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was employed to investigate charge transfer resistance. Secondly, H2 evolution tests of SnS2 were conducted under 445 nm illumination using Na₂S/Na₂SO₃ as sacrificial agents and Pt as a co-catalyst. Photocorrosion of SnS2 was observed. During these experiments, the color change accompanying the photocorrosion of SnS₂ was systematically reported for the first time in the literature; this optical change was evaluated as a visual indicator of the photocorrosion process. To increase the stability and efficiency of SnS2, various sacrificial agents (methanol, lactic acid, TEOA) and co-catalysts (Ni, Cu, Mo cluster) were also tested. However, the highest H2 rate was still achieved with the Pt and Na2SO3 /Na2S mixture. Thirdly, SnS₂ was also synthesized via hydrothermal and faceted growth methods to investigate the impact of different synthesizing methods on the stability and photocatalytic efficiency of SnS2 and the powders obtained by other methods exhibited similar photocatalytic behavior to sulfurized SnS2 and evolved H2 only in Na2S/Na2SO3 solution. Furthermore, a SnS₂/Co₉S₈ heterojunction comprising 70 wt% SnS₂ and 30wt% Co₉S₈ was synthesized. The heterojunction showed enhanced efficiency when tested with TEOA as a sacrificial agent and Eosin Y as a photosensitizer, achieving a H2 evolution of 111.5 µmol in 3 hours. Long-term stability tests demonstrated the SnS₂/Co₉S₈ heterojunction's efficiency and durability by confirming that it produced H2 consistently for 24 hours. These results highlight the significance of optimized reaction conditions and heterojunction engineering in attaining enhanced photocatalytic performance while also mitigating the photocorrosion of SnS₂.
Benzer Tezler
- Grafen-heteroatom temelli katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve hidrojen üretiminde kullanımı
Graphene-heteroatom based catalysts and their application for hydrogen production
DUYGU AKYÜZ
Doktora
Türkçe
2019
EnerjiMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATIF KOCA
PROF. DR. ALİ RIZA ÖZKAYA
- Plasmonik sistemlerde iyileştirilmiş fotokatalitik su ayrıştırma ile hidrojen üretimi
Hydrogen production via enhanced photocatalytic water splitting in plasmonic systems
MOHAMMED ALFATIH SALAH HAMZA HAMID MOHAMMED ALFATIH SALAH HAMZA HAMID
Doktora
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL BOZ
- NiO/ZnO ve NiO/ZnO/Al2O3 nanokompozit partiküllerinin ultrasonik sprey piroliz (USP) yöntemiyle üretimi
Production of NiO/ZnO and NiO/ZnO/Al2O3 nanocomposite particles by ultrasonic spray pyrolysis (USP) technique
DUYGU YEŞİLTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
- Tekstil atıksularındaki boyar maddelerin fotokatalitik oksidasyon ile giderimi için zno bazlı katalizörlerin geliştirilmesi
Development of zno based catalysts for photocatalytic degradation of dyes in textile wastewater
BEYZA DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK TÜTER
PROF. DR. ŞEYMA AYDINOĞLU
- Kapalı ortamdaki uçucu organik bileşenlerin fotokatalitik oksidasyon ile giderimi için tio2 bazlı katalizör geliştirme
Başlık çevirisi yok
TUĞÇENAZ ÖFKELİ ŞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK TÜTER