2011 YÜksek lisans tez özetleri

KÜTÜKÇÜ İlknur

Danışman : Prof. Dr. İsmail BOZ

Anabilim Dalı : Kimya Mühendisliği

Programı : Proses ve Reaktör Tasarımı

Mezuniyet Yılı : 2011

Tez Savunma Jürisi : Prof. Dr. İsmail BOZ

Prof. Dr. Gülten GÜRDAĞ

Doç. Dr. Aydın TAVMAN

Doç. Dr. Gülin Selda POZAN SOYLU

Yard. Doç. Dr. M.A. Faruk ÖKSÜZÖMER

Titanyum Dioksit Nanotüplerin Fotoelektrokimyasal Etkinliklerinin İncelenmesi

Fotoelektrokimyasal sistemler güneş enerjisini hidrojene dönüştürmek için geliştirilmekte olan ve sulu bir elektrolit ile temas halinde bulunan bir yarı iletken elektrottan oluşan sistemlerdir.Yarı iletken bant aralığından daha yüksek enerjiye sahip ışık ile uyarıldığında elektrot içerisinde ışık etkisi ile yük ayrılması oluşur ve bu proses hücre içerisinde fotoakım ile sonuçlanır. Bu fotoakım suyu ayrı elektrot yüzeylerinde oksijen ve hidrojene ayrıştırır. Bir fotoelektrokimyasal sistem içerisinde güneş ışığı ve suyu kullanarak hidrojen üretimi alternatif ve yenilenebilir enerji elde etmek için en ümit verici metottur. Su ve güneş ışığından hidrojen üretiminde fotoelektrokimyasal hücre kullanılmasının en büyük problemi düşük fotoanot etkinliğidir.

TiO₂ nanotüp, yüksek etkinliği, fotokorozyona karşı dayanıklığı, kimyasal stabilitesi, düşük maliyeti, çevresel uyumluluğu ve yüksek yüzey alanı sebebiyle fotoelektrot olarak oldukça ilgi çekicidir. TiO₂ geniş bant aralıklı yarı iletken olduğu için güneş ışığının UV bölgesini absorplar. Fotoelektrokimyasal etkinliği arttırmak için araştırmacılar TiO₂’nin kristalit boyutunu değiştirerek elektriksel özelliklerini iyileştirmek, ışık absorpsiyonunu görünür ışık bölgesine genişletmek için metal/ametal iyon ile katkılandırma veya daha dar bant aralığına sahip yarı iletken ile birleştirmek gibi çeşitli stratejiler geliştirmişlerdir.

Bu tez çalışmasında TiO₂ nanotüpler Ti folyonun anodik oksidasyonu ile üretilmiş, ışık altında ve karanlıkta doğrusal taramalı voltametri, dönüşümlü voltametri gibi voltametri teknikleri ile fotoelektrokimyasal etkinlikleri incelenmiştir. TiO₂ nanotüplerinin aktivite ve ışık absorpsiyon özellikleri metal-sülfür bileşikleri katkısı ile iyileştirilmiştir. Bu malzemelerin yapısal ve ışıksal özellikleri SEM, XRD ve DRS analizleri kullanılarak karakterize edilmiştir.

TiO₂ nanotüpler SILAR (Sıralı İyonik Tabaka Adsopsiyonu ve Reaksiyonu) yöntemi kullanılarak ZnS, NiS ve CdS katkıları ile modifiye edilmiştir. TiO₂ nanotüplerin modifikasyonu görünür ışık absorpsiyonunda ve fotoakım cevabının yükselmesi ile sonuçlanmıştır. Katkısız TiO₂ nanotüplerden elde edilen en yüksek fotoakım yoğunluğu 130 µA/cm²’dir. CdS/TiO₂ nanotüp görünür ışık altında en yüksek fotoakım yoğunluğunu göstermiştir ve diğer metal-sülfür bileşikleri ile aynı konsantrasyondaki CdS/TiO₂ nanotüplerden 3,1 mA/cm² akım yoğunluğu elde edilmiştir. Bu sebeble TiO₂ nanotüp farklı CdS konsantrasyonlarında modifiye edilmiştir ve fotoelektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. Ayrıca katkısız TiO₂ nanotüp ve CdS/TiO₂ nanotüplerin taşıyıcı yük yoğunlukları Mott-Schottky analizi ile belirlenmiştir.