Production of hematite based photo electrode for hydrogenproducing
Hidrojen üretimi için hematit bazli fotoelektrot üretimi
- Tez No: 999050
- Danışmanlar: PROF. DR. CEVAT SARIOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, nanofiber geometrisinin, kalıntı kimyasının ve katkılama (doping) yaklaşımının birlikte optimize edilmesiyle elektrospinning yöntemiyle üretilen hematitin kontrol edilebilir ve ölçeklenebilir bir fotoanot platformu olduğunu ortaya koymaktadır. Etanol–su çözücü sistemi içinde hazırlanan PVP/Fe(NO₃)₃ başlangıç çözeltisinden kompozit fiberler elektrospinning ile üretilmiş; iğne numarası ve uygulanan gerilim sistematik olarak değiştirilmiştir. Atmosferik koşullarda 550 °C'de (3 °C dk⁻¹, 3 saat) gerçekleştirilen tavlama sonrasında XRD ve XPS ile doğrulanan faz saf α-Fe₂O₃ elde edilmiş ve polimerin uzaklaştırılmasına bağlı olarak belirgin bir çap küçülmesi gözlenmiştir. Süreç optimizasyonu, ortalama çapı 227 nm olan (32G, 30 kV) düzgün ve homojen çap dağılımına sahip liflerin tekrarlanabilir biçimde üretilmesini sağlamış; ayrıca kritik olarak 100 nm'ye kadar inen daha düşük fiber çaplarına ulaşılabildiğini göstermiştir. Serbest duran elektrospun fiber tabakalarının polimer giderimi sonrasında FTO yüzeyine yeterli tutunma göstermemesi nedeniyle, mekanik bütünlüğü ve elektriksel temas sürekliliğini sağlamak amacıyla electrospinning ve spin kaplama birlikte hibrit bir süreç uygulanmıştır. 0,5 M NaOH elektrolitinde AM 1.5G aydınlatma altında (150 W Xe) gerçekleştirilen fotoelektrokimyasal testler, n-tipi davranışı (Açık Devre Potansiyeli (OCP) ve Mott–Schottky analizi) doğrulanmış ve optimize elektrot için 1,65 V (RHE'ye karşı) potansiyelde 1,1 μA cm⁻² fotoakım yoğunluğu elde edilmiştir. Isıl bozunma/kalıntı incelemeleri, PVP'nin tam olarak ayrışmaması durumunda kalıntıların kesikli aydınlatma geçişlerini ölçülebilir biçimde değiştirebildiğini; fotoşarjlanma/kapasitif davranışlar ve ara yüzey rekombinasyon dinamiklerinde farklılaşmalar oluşturduğunu göstermiştir. Buna paralel olarak, başlangıç çözeltisine entegre edilen Ti katkılaması hematit fazını ve fiber morfolojiyi korurken fotoakım yoğunluğunu yaklaşık 2 μA cm⁻² seviyesine çıkarmıştır. Genel olarak EIS sonuçları, performansı sınırlayan temel etkenlerin yüzey rekombinasyonu ve yavaş OER kinetiği olduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis establishes electrospun hematite as a controllable, scalable photoanode platform by optimizing nanofiber diameter and solution, residual chemistry, and dopant incorporation. Using a PVP/Fe(NO₃)₃ precursor in an ethanol–water solvent system, composite fibers were electrospun while systematically varying needle gauge and applied voltage. After annealing in ambient atmosphere at 550 °C (3 °C min⁻¹, 3 h), α-Fe₂O₃ phase was obtained (confirmed by XRD/XPS) with strong post-annealing shrinkage due to polymer removal. Parameter tuning yielded reproducibly uniform, bead-free fibers with an average diameter of 227 nm (32G, 30 kV) and, critically, enabled a lower diameter of 100 nm. Because free-standing electrospun mats showed insufficient adhesion on FTO after polymer removal, an electrospinning–spin-coating hybrid processes was implemented to ensure mechanical integrity and electrical contact. Photoelectrochemical testing in 0.5 M NaOH under AM 1.5G (150 W Xe) verified n-type behavior (OCP shift, Mott–Schottky) and delivered 1.1 μA cm⁻² at 1.65 V vs RHE for the optimized electrode. Thermal/residual investigations showed that incomplete PVP decomposition can leave residuals that measurably alter periodic on-off light transients, producing photocharging/capacitive behaviour and modified interfacial recombination dynamics. In parallel, Ti doping introduced into the precursor preserved the hematite phase and fibrous morphology while yielding about 2 μAcm⁻². Overall, EIS identifies surface recombination and slow OER kinetics as the remaining limitation.
Benzer Tezler
- Dekorunda epsilon-hematit fazı içeren jian seramiklerinin replika üretimi ve karakterizasyonu
The production of replica and characterization of jian ceramics decorated with the phase of epsilon-hematite
SİNEM YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SUAT YILMAZ
DOÇ. DR. GÜLSU ŞİMŞEK
- Tufal atığındaki hematit kullanılarak stronsiyum hekzaferrit bazlı ferritik mıknatıs tozunun üretilmesi
Production of strontium hexaferrite based ferritic magnet powder using hematite from domestic scale
ORHAN URAS KURTULUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Otomotiv MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RUKİYE ERTAN
- Investigation of the effect of TiO2 filmcoated on hematite photoanode produced by thermal oxidation on photoelectrochemical (PEC) hydrogen production efficiency
Termal oksidasyon ile üretilen hematit fotoanot üzerine kaplanan TiO2 filminin fotoelektrokimyasal (PEC) hidrojen üretim verimine etkisinin araştırılması
UĞUR OKTAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT SARIOĞLU
- SHS yöntemiyle tufal ve hematit kaynağı kullanılarak Fe3Al intermetalik bileşiğinin üretimi ve Ni, Cr, W ilavelerinin etkileri
Production of Fe3Al intermetallic compound using scale and hematite source by SHS method and the effects of Ni, Cr, W additions
GİZEM ÖZÖZTÜRK BARUTÇU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT BORA DERİN