Bor-dipirometen (BODIPY) boyaları kullanılarak fotokatalitik hidrojen üretimi
Bor-dipirometen (BODIPY) boyalari kullanilarak fotokatalitik hi̇drojen üretimi
- Tez No: 982177
- Danışmanlar: PROF. DR. İMREN HATAY PATIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Selçuk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde enerji ihtiyacının büyük ölçüde fosil yakıtlardan karşılanması; hava kirliliği, sera gazı emisyonları, su ve toprak kirlenmesi, ekosistem tahribatı ve asit yağmurları gibi çevresel sorunlara yol açmakta, aynı zamanda insan sağlığını da tehdit etmektedir. Bu nedenle, sürdürülebilir enerji kaynaklarına yönelmek ve enerji verimliliğini artırmak, çevresel etkileri azaltma açısından kritik bir gereklilik haline gelmiştir. Hidrojen enerjisi, geleceğin temiz enerji taşıyıcısı olarak öne çıkmaktadır. Yenilikçi yöntemlerden biri olan fotokatalitik hidrojen üretimi, güneş enerjisini kullanarak suyun ayrıştırılması yoluyla hidrojen elde edilmesini mümkün kılan sürdürülebilir bir yaklaşımdır. Bu süreçte yaygın olarak kullanılan titanyum dioksit (TiO2) gibi yarı iletken fotokatalizörler, bant aralıklarının genişliği nedeniyle yalnızca UV bölgesinde aktif olabilmekte, bu da görünür ışık altında verimliliği sınırlandırmaktadır. Bu sorunu aşmak için, görünür bölge ışığı altında uyarılabilen boyar madde katkılı sistemler geliştirilmekte ve bu sistemler fotokatalizörlere entegre edilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, görünür ışık altında yüksek etkinlik gösterebilen Boron-dipirometen (BODIPY) tabanlı boyar maddelerin fotokatalitik hidrojen üretiminde ışığa duyarlılaştırıcı olarak kullanımı araştırılmıştır. BODIPY boyar maddeleri, yüksek mol absorbsiyon katsayısı, ayarlanabilir emisyon/absorpsiyon enerjileri ve yüksek floresans kuantum verimi gibi üstün optoelektronik özellikleri sayesinde etkili elektron transferi sağlayarak fotokatalitik reaksiyonlarda yüksek verimlilik sunmaktadır. Çalışma kapsamında, hidrofilikliği artırmak amacıyla -OH grubuyla fonksiyonlandırılmış BODIPY-tiyofen bazlı kovalent organik polimer (COP) yapıları sentezlenmiş ve fotokatalizör olarak kullanılmıştır. COP yapıları, ışık soğurma yeteneklerinin artırılması için BODIPY ile birleştirilmiş ve TiO2 nanoparçacıkları ile desteklenerek fotokatalitik sistemler oluşturulmuştur. Geliştirilen BODIPY-Th-COP-OH_TiO2 fotokatalizörü, hidroksil gruplarının kazandırdığı hidrofilik karakter sayesinde, BODIPY-Th-COP-CH3_TiO2 sistemine kıyasla daha yüksek hidrojen üretim performansı göstermiştir. Görünür ışık altında metanolün fedakâr reaktif olarak kullanıldığı sistemde, BODIPY-Th-COP-OH_TiO2 fotokatalizörü 0.197 mmol g-1 s-1, BODIPY-Th-COP-CH3_TiO2 ise 0.132 mmol g-1 s-1 hidrojen üretim kapasitesine ulaşmıştır. Tez çalışması kapsamında elde edilen sonuçlar, BODIPY tabanlı boyar maddelerin uygun fonksiyonel gruplarla modifiye edilerek fotokatalitik performanslarının optimize edilebileceğini ve sürdürülebilir hidrojen üretiminde etkili bir yaklaşım sunabileceğini ortaya koymuştur. Bu çalışma, çevre dostu enerji üretiminde yenilikçi malzeme tasarımlarının önemini vurgulamakta ve görünür ışık altında çalışan yeni nesil fotokatalizörlerin geliştirilmesine katkı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Today, the growing global reliance on fossil fuels to meet energy demands has led to a wide range of environmental problems, including air pollution, greenhouse gas emissions, water and soil contamination, ecosystem degradation, and acid rain, all of which also pose significant threats to human health. Therefore, transitioning to sustainable energy sources and enhancing energy efficiency have become critical requirements for reducing environmental impacts. Hydrogen energy has emerged as a promising clean energy carrier for the future. Among innovative methods, photocatalytic hydrogen production represents a sustainable approach that enables hydrogen generation through the decomposition of water using solar energy. In this process, semiconductor photocatalysts such as titanium dioxide (TiO2) are commonly employed; however, due to their wide band gap, they can only be activated under ultraviolet (UV) light, limiting their efficiency under visible light irradiation. To overcome this limitation, dye-sensitized systems capable of being excited by visible light have been developed and integrated into photocatalytic platforms. In this thesis, the use of boron-dipyrromethene (BODIPY)-based dyes, which exhibit high activity under visible light, was investigated as sensitizers for photocatalytic hydrogen production. BODIPY dyes possess superior optoelectronic properties such as high molar absorptivity, tunable absorption/emission wavelengths, and high fluorescence quantum yields, which enable efficient electron transfer and enhanced photocatalytic performance. In this study, BODIPY-thiophene-based covalent organic polymer (COP) structures were synthesized and functionalized with hydroxyl (-OH) groups to increase hydrophilicity, and were subsequently used as photocatalysts. These COP structures were combined with BODIPY units to enhance light absorption and supported with TiO2 nanoparticles to form composite photocatalytic systems. The resulting BODIPY-Th-COP-OH_TiO2 photocatalyst demonstrated superior hydrogen evolution performance compared to BODIPY-Th-COP-CH3_TiO2, attributed to the hydrophilic nature imparted by hydroxyl groups. Under visible light irradiation with methanol as the sacrificial agent, hydrogen production rates of 0.197 mmol g-1 h-1 and 0.132 mmol g-1 h-1 were achieved for BODIPY-Th-COP-OH_TiO2 and BODIPY-Th-COP-CH3_TiO2, respectively. The findings of this study demonstrate that the photocatalytic performance of BODIPY-based dyes can be optimized through functional modification, offering an effective strategy for sustainable hydrogen production. This work emphasizes the importance of innovative material design in environmentally friendly energy generation and contributes to the development of next-generation photocatalysts operable under visible light.
Benzer Tezler
- Yeni tip Aza-BODIPY bileşiğinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of a novel Aza-BODIPY compound
ESRA BAYRAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET ÜBEYDULLAH KAHVECİ
DR. ŞENNUR ÖZÇELİK
- Synthesis and applications of aza-BODIPY derivatives with benzoic acid functional groups
Benzoik asit fonksiyonel grupları içeren aza-BODIPY türevlerinin sentezi ve uygulaması
SAADET ELİF DURAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET GÜL
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞENNUR ÖZÇELİK
- Synthesis, characterization and applications of imine derivatives with near-infrared (NİR) absorption and/or emission properties
Yakın kızılötesi (NIR) absorpsiyon ve/veya emisyon özelliklerine sahip imin türevlerinin sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
SEREN MOD
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE ÖZDEMİR
- DSSC'lerde kullanılmak üzere türevlendirilen bodıpy tabanlı boyaların elektronik yapı, optik özellikleri ve yük transfer mekanizmalarının dft ile incelenmesi
DFT investigation of the electronic structure, optical properties, and charge transfer mechanisms of derived bodipy-based dyes for application in DSSCs
BURCU ORTATEPE
Doktora
Türkçe
2026
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. YUSUF ERDOĞDU
- Yakın infrared bölgede absorpsiyon yapan bodıpy türevlerinin sentezi ve fotofizikokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of bodipy derivatives absorbing in the near infrared region and investigation of their photophysicochemical properties
NAİME EYİTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
KimyaBursa Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAYBARS KÖKSOY
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ÇİFTÇİ