Foto/elektrokimyasal su parçalanması için modifiye nanokatalizörlerin geliştirilmesi
Development of modified nanocatalysts for photo/electrochemical water splitting
- Tez No: 988556
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL BOZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, yeşil hidrojen üretimine yönelik fotoelektrokimyasal su parçalama süreçlerinde grafitik karbon nitrür (g-C₃N₄, GCN) ve türev nanohibritlerin sentezi, yapısal dönüşümleri ve performansları kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Termogravimetrik analiz (TGA), X-ışını kırınımı (XRD) ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi (FTIR) sonuçları, GCN'nin melaminin çok aşamalı termal polimerizasyonu ile melam, melem ve melon ara türleri üzerinden yaklaşık 574 °C'de tam yoğunlaşarak oluştuğunu göstermiştir. Kontrollü polimerizasyon koşullarıyla elde edilen ultra ince nanolevhalar, geniş yüzey alanı (343,6 m² g⁻¹), küçük parçacık boyutu (61,8 nm) ve yüksek fotoelektrokimyasal verimlilik (ηSTH = %1,59; ηABPE = %2,14; ηIPCE = %4,10) gibi üstün özellikler sergilemiştir. Supramoleküler öncüllerin kullanımıyla geliştirilen gözenekli GCN yapıları, düşük yük transfer direnci (26,1 Ω) ve iyileştirilmiş hidrojen gelişim kinetiği (Tafel eğimi = 56,2 mV dec⁻¹, Faradaik verimlilik = %76,2) sergilemiştir. Bakır katkılı M-tipi hekzaferrit (CuFe₁₂O₁₉) ile hibritlenen GCN nanolevhalar, %15CuFe₁₂O₁₉ içeriğinde en yüksek performansa ulaşmış; düşük yük transfer direnci (15,25 Ω), %96'nın üzerinde uzun süreli kararlılık ve 0,793 mmol cm⁻² h⁻¹ hidrojen üretim hızı elde edilmiştir. Ayrıca, solvotermal işlem ve bilyalı öğütme ile sentezlenen %5Sb2Te3/Sb1.5Bi 0.5Te3 (ST/SB) nanohibriti, termoelektrik katkı etkisiyle zT > 1,1 değerine ulaşmış; %86 Faradaik verimlilik ve 0,263 mmol cm⁻² h⁻¹ hidrojen üretim kapasitesi sergilemiştir. Bu sonuçlar, yapısal optimizasyon, supramoleküler öz-birleşme, hibritizasyon ve termoelektrik entegrasyonunun sinerjik etkilerinin, hidrojen evrimi ve enerji dönüşüm verimliliğini önemli ölçüde artırdığını ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
: In this thesis, the synthesis, structural evolution, and performance of graphitic carbon nitride (g-C₃N₄, GCN) and its derivative nanohybrids were systematically investigated for photoelectrochemical water splitting aimed at green hydrogen production. Graphitic carbon nitride, characterized by thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), exhibited complete condensation at approximately 574 °C through the multistep thermal polymerization of melamine via melam, melem, and melon intermediates. Under controlled polymerization conditions, ultrathin nanosheets were ultimately obtained, enabling the yellow GCN to achieve a large surface area (343.6 m² g⁻¹), small particle size (61.8 nm), and high photoelectrochemical efficiencies (ηSTH = 1.59%; ηABPE = 2.14%; ηIPCE = 4.10%). Supramolecular precursors derived from the melamine–barbituric acid–cyanuric acid complex produced porous morphologies with low charge transfer resistance (26.1 Ω) and improved hydrogen evolution kinetics (Tafel slope = 56.2 mV dec⁻¹, Faradaic efficiency = 76.2%). Moreover, GCN nanosheets hybridized with 15% copper-substituted M-type hexaferrite (CuFe₁₂O₁₉, MCF) demonstrated superior performance, with reduced charge transfer resistance (15.25 Ω), high stability (>96%), and hydrogen generation rates up to 0.793 mmol cm⁻² h⁻¹. In addition, a 5% ST/SB nanohybrid synthesized via solvothermal treatment followed by ball milling achieved a thermoelectric figure of merit of zT > 1.1, while also exhibiting dual electrocatalytic functionality with a Faradaic efficiency of 86% and a hydrogen production rate of 0.263 mmol cm⁻² h⁻¹. These findings clearly demonstrate that structural adaptation, supramolecular self-assembly, hybridization, and thermoelectric integration act synergistically to enable efficient water splitting for sustainable hydrogen generation.
Benzer Tezler
- TiN kaplanmış titanyum yüzeylerinin anodik oksidasyonu
Anodic oxidation of TiN coated Ti surfaces
HATİCE GİZEM ŞENYURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Diklofop metil'in ileri oksidasyon teknikleriyle parçalanma süreçlerinin incelenmesi
Investigation of diclofop methyl's degradation process by advanced oxidation techniques
BÜŞRA ERDEN
Doktora
Türkçe
2022
Çevre MühendisliğiSakarya ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL AYHAN ŞENGİL
- Foto elektrokimyasal hidrojen üretimi uygulamaları için elektrot dizaynı ve performans ölçümü
Performance measurement and electrode design for application of photo electrochemical hydrogen production
EMRE KAAN CAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Mühendislik BilimleriTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. NURDAN DEMİRCİ SANKIR
PROF. MEHMET SANKIR
- Suyun foto-elektrokimyasal yöntemle ayrıştırılmasında yarı iletkenlerin ve katalizörlerin etkisinin incelenmesi
Investigation of effect of semiconductors and catalysts on photo-electro chemical water splitting
EBUZER CENGİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
EnerjiSiirt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİH KUNCAN
PROF. DR. ÖMER ŞAHİN
- Experimental investigations on the performance characteristics of photo-galvanic and photo electrochemical solar cells
Foto-elektrokimyasal ve foto-galvanik pillerin performans karekteristiklerine yönelik deneysel incelemeler
İLKER BAYER
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İNCİ EROĞLU