NbTiZrWMoOx yüksek entropili oksidinin fotokatalitik olarak karbondioksit dönüşüm performansının incelenmesi
Investigation of the photocatalytic carbon dioxide conversion performance of the NbTiZrWMoOx high entropy oxide
- Tez No: 983531
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İSKENDER ÖZKUL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Mersin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, yüksek entropili oksitlerin (YEO) fotokatalitik CO2 dönüşümünde kullanılabilirliğini artırmak amacıyla, literatürdeki geleneksel üretim yöntemlerinden farklı olarak mekanik alaşımlama ve çok kademeli oksidasyon süreçlerinin birleştirildiği yenilikçi bir sentez yaklaşımı uygulanmıştır. Çalışmada Nb, Ti, Zr, W ve Mo elementlerinden oluşan beşli sistem, eş-molar oranlarda tartılarak mekanik alaşımlama ile atomik ölçekte karıştırılmış ve tek fazlı hacim merkezli kübik (HMK) yapıda homojen bir yüksek entropili alaşım (YEA) elde edilmiştir. Ardından, bu alaşım dört aşamalı oksidasyon işlemine tabi tutularak NbTiZrWMoOx yüksek entropili oksit oluşturulmuştur. Bu yöntem, oksijenin partikül hacmine tam difüzyonunu sağlayarak homojen, ince taneli ve faz açısından dengeli bir yapı elde edilmesini mümkün kılmıştır. XRD, SEM–EDS, XPS analizleri sonucunda, Nb2O5, TiO2, ZrO2, WO3 ve MoO3 fazlarının nano ölçekte karışarak tekdüze bir oksit yapısı oluşturduğu, yüzeyde ise Nb5+, Ti4+, Zr4+, W6+ ve Mo6+ iyonlarının baskın olduğu belirlenmiştir. Fotoreaktör deneyleri, 1 g/l fotokatalizör yüklemesi ve 1000 W ışık gücü koşullarında maksimum verimin elde edildiğini ortaya koymuştur. Ayrıca fotokatalizör, üç ardışık döngü boyunca aktivitesini büyük ölçüde koruyarak yüksek döngüsel kararlılık sergilemiştir. Sonuç olarak, geliştirilen mekanik alaşımlama–çok kademeli oksidasyon yaklaşımı, yüksek entropili oksitlerin homojen faz yapısı ve yüzey aktif merkez yoğunluğu üzerinde etkin bir kontrol sağlamış, bu da fotokatalitik dönüşümde yüksek verimlilik ve kararlılık elde edilmesini mümkün kılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, an innovative synthesis approach combining mechanical alloying and multi-step oxidation processes was applied to enhance the applicability of high-entropy oxides (HEOs) in photocatalytic CO₂ conversion. A quinary system composed of Nb, Ti, Zr, W, and Mo elements was weighed in equimolar ratios, mechanically alloyed to achieve atomic-scale mixing, and a single-phase body-centered cubic (BCC) high-entropy alloy (HEA) was successfully obtained. Subsequently, this alloy underwent a four-step oxidation process to form the NbTiZrWMoOx high-entropy oxide. This method enabled complete diffusion of oxygen into the particle volume, resulting in a homogeneous, fine-grained, and phase-balanced structure. XRD, SEM–EDS, and XPS analyses confirmed that the Nb2O5, TiO2, ZrO2, WO3, and MoO3 phases were uniformly mixed at the nanoscale to form a single, continuous oxide structure, with Nb5+, Ti4+, Zr4+, W6+ and Mo6+ ions predominantly present on the surface. Photoreactor experiments demonstrated that the highest photocatalytic efficiency was achieved under conditions of 1 g/l catalyst loading and 1000 W light intensity. Moreover, the catalyst retained its activity over three consecutive reaction cycles, exhibiting excellent cyclic stability. In conclusion, the developed mechanical alloying–multi-step oxidation strategy provided effective control over the homogeneous phase structure and surface active site density of the high-entropy oxide, thereby enabling high efficiency and durability in photocatalytic CO2 conversion.