Metal katkılı ve kompozit ZnO nanokatalizörlerin geliştirilmesi ve uygulamaları

Abstract

Bu çalışmada, çinko oksit esaslı yarıiletken fotokatalizörlerin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, farklı katkılama ve sentez metotları ile metal katkılı ve ZnO esaslı yarıiletken metal oksit yapıları sentezlenmiş ve fotokatalitik özellikleri araştırılmıştır. Çalışma beş ayrı kısım halinde yürütülmüştür. İlk kısımda, farklı katkılama yöntemleri kullanılarak palladyum ZnO'ya katkılanmış ve XRD, FE-SEM ve DRS teknikleri ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiş ve UV ışıma altında fotokatalitik etkinlikleri karşılaştırılmıştır. İkinci kısımda, ilk kısımda belirlenen en etkili katkılama yöntemi olan bor hidrür indirgeme metodu ile ZnO'ya Au, Ag ve Pd soy metalleri katkılanarak XRD, FESEM, DRS ve FMR teknikleri ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Kongo kırmızısı boyasının UV ışıma altında fotokatalitik bozunması üzerine katkılanan soy metal türünün etkisi karşılaştırılmıştır. Üçüncü kısımda, literatürde yer almayan tanin bazlı çinko ferrit/çinko oksit nano kompozit fotokatalizörler solvotermal yöntemle sentezlenmiştir. Görünür ışıma altında ZnO'nun fotokatalitik etkinliği üzerine çinko ferrit ve tanin yapılarının etkisi araştırılmıştır. Dördüncü kısımda, görünür ışık altında fotokatalitik açıdan aktif olan manyetik olarak ayrılabilen Ag3PO4/Fe3O4/ZnO fotokatalizörleri hazırlanarak indigo karmin boyasının bozunmasında kullanılmıştır. Beşinci kısımda, Ag/Ag2CrO4/ZnO plazmonik fotokatalizörler hazırlanarak görünür ışık altında indigo karmin boyasının bozunmasında fotokatalitik etkinlikleri incelenmiştir. Çalışmalar sonucunda metal katkılı ve yarıiletken metal oksit ZnO fotokatalizörlerin daha pratik ve ucuz şekilde hazırlanıp, atık su arıtımında başarıyla kullanılabileceği görülmüştür. Ayrıca taninin ZnO'nun fotokatalitik aktivite üzerine olumlu sonuçlar gösterdiği de bulunmuştur. Magnetik malzemeler ile katkılanması ZnO'ya magnetik özellik kazandırılarak boya süspansiyonlarından kolaylıkla ayrılarak tekrar kullanılabilirliği de atıksu arıtımı uygulamalarında bir avantaj olarak düşünülmektedir. Gümüşün yüzey plazmonik rezonansı, ve Ag2CrO4'ün düşük bant boşluğu enerjisi, ZnO'nun fotokatalitik performansını önemli ölçüde artırmıştır.

In this study, it was aimed to develop zinc oxide based semiconductor photocatalysts. For this purpose, metal doped and semiconductor metal oxide ZnO structures were synthesized by different doping and synthesis methods and their photocatalytic properties were investigated. The study was conducted in four separate sections. In the first part, palladium was doped into ZnO using different doping methods and characterized by XRD, FE-SEM and DRS techniques and their photocatalytic activities under UV irradiation were compared. In the second part, noble metals such as Au, Ag and Pd were doped into ZnO by the borohydride reduction method and the photocatalysts were characterized by XRD, FE-SEM, DRS and FMR techniques. In the third part, tannin-based Zinc Ferrite/Zinc Oxide nanocomposite photocatalysts which are not included in the literature were synthesized by solvothermal method. The effect of zinc ferrite and tanin structures on the photocatalytic activity of ZnO under visible radiation was investigated. In the fourth part, magnetic Ag3PO4/Fe3O4/ZnO, which are active under visible light, have been used for the degradation of indigo carmin dye. In the fifth section, Ag/Ag2CrO4/ZnO plasmonic photocatalysts were prepared and investigated for photocatalytic activity in the degradation of indigo carmin dye under visible light. As a result of the studies, metal-doped and semi-conductive metal oxide ZnO photocatalysts could be prepared more cheaply and practically and successfully used in wastewater treatment. It was also found that the tannin showed positive results on the photocatalytic activity of ZnO. The addition of magnetic materials to ZnO is considered to be an advantage in applying wastewater treatment to re-usability by easily separating ZnO from its dye suspensions by imparting magnetic properties. The surface plasmonic resonance of silver, and the low band gap energy of Ag2CrO4, significantly increased the photocatalytic performance of ZnO.