Metal bezeli silika partiküllerinin yarı-biyosentezle üretimi, yapısal analizi ve (antibakteriyel ve fotokatalitik) özelliklerinin incelenmesi
The semi-biosynthetic production of metal decorated silica particles, investigation of structural analysis and antibacterial and photocatalytic properties
Yazar: SÜREYYA KADIOĞLU
Danışman: PROF. DR. AHMET BALCI
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada nano boyutta Ag NP ve Au NP ile mikroboyutta küresel SiO2, SiO2@Ag, SiO2@Au, SiO2@Ag@TiO2, SiO2@Au@TiO2 partikülleri sentezlenmiştir. Tüm sentezler, normal laboratuvar koşullarında, oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir.  Sentezlenen mikropartiküllerin yapılarının aydınlatılmasında ileri görüntüleme ve spektroskopik yöntemler (FTIR, XRD, SEM-EDS, TEM, TGA, UV-Vis) kullanılmıştır.  Kolay, ekonomik ve laboratuvar şartlarında sentezlenen bu partiküllerin organik moleküller karşısındaki fotokatalitik davranışları ve antibakteriyel özellikleri incelenmiştir. 
Çalışma beş aşamadan oluşmuştur. İlk aşamada yeni ve basit bir yöntem olarak metal indirgenmesinde yarı biyosentez yöntemi ile Au NP, Ag NP sentezlenmiştir.  Yarı biyosentezle metal indirgemesinde bitkiler (biberiye, rezene ve kekik) kullanılmıştır. Sentezlenen metal nanopartiküller yüzey plazmon rezonans (SPR) kullanılarak optimum sentez koşulları belirlenerek uv-vis spektroskopisi ile oluşumları izlenmiştir. İkinci aşamada laboratuvarda SiO2 üretilmiş, diğer bir aşama olan silikanın modifiye işlemi gerçekleştirilmiştir. Silika yüzeyine biyosentezle elde edilen metaller bezenmiştir. Son olarak oluşan partikül sol jel yöntemi kullanılarak bir yarı iletken olan TiO2 ile kaplanmıştır. 
Bu partiküller, yüzey modifikasyonu ile tek bileşenden çok bileşenli partikül haline getirilmiş, antibakteriyel ve fotokatalitik özelliklere sahip yeni bir malzeme elde edilmiştir. Elde edilen bu partiküllerin Bacillus subtilis, Escherichia coli, Candida albicans, Staphylococcus aureus ve Pseudomonas aeruginosa'ya karşı antimikrobiyel aktiviteleri denenmiştir. SiO2@Ag partiküllerinde gram pozitif S.aureus, B.subtilis ve gram negatif P. aeruginosa 'a; SiO2@Au partiküllerinde ise C. albicans'a karşı antibakteriyel aktivite gözlenmiştir. SiO2@Ag@TiO2, SiO2@Au@TiO2 partiküllerinin bu bakterilere karşı hiçbir antibakteriyel aktiviteleri gözlenmemiştir. 
Sentezlenen partiküllerin MM ve MO için fotokatalitik giderimleri incelenmiş TiO2 kaplı partiküllerin Au ve Ag bezeli partiküllerden daha fazla giderim yaptığı belirlenmiştir. En iyi fotokatalitik giderim SiO2@Au@TiO2 (PVP) partiküllerinde %99,9 MM bozunması ile görülmüştür. Bu partiküller ile gerçekleşen fotokatalitik bozunmanın degradasyon hız sabitinin 4.0×10-2, korelasyon sabitinin (R2) ise 0.94 olduğu tesbit edilmiştir. Gümüş ile hazırlanan partiküller içerisinde ise en yüksek fotokatalitik giderimin %97'lik MO bozunması ile SiO2@Ag@TiO2 (PVP) partiküllerinde olduğu belirlenmiştir. Bu partiküller ile yapılan fotokatalitik giderime ait R2 değeri 0.94 iken degradasyon hız sabiti (k) 2.0×10-2 'dir. Tüm partikülllerin fotokatalitik giderimlerine ait korelasyon sabitleri, yalancı (pseudo) birinci mertebeden kinetik modele uygundur.  SiO2@Au@TiO2 partikülleri ile gerçekleşen fotokatalitik giderimin degradasyon hız sabitleri ise SiO2@Ag@TiO2 partiküllerinin iki katıdır. 
Çevreyle dost bu partiküller fotokatalitik ve antibakteriyel özellikleri nedeniyle katalizde, optik aygıtlarda, kimyasal ve biyolojik sensörler gibi kullanımlarında tek bileşenli olanlara göre daha yaygın kullanım potansiyeline sahip oldukları tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, nano-sized Ag and Au nanoparticles,  micro-sized SiO2, SiO2@Ag,  SiO2@Au, SiO2@Ag@TiO2, SiO2@Au@TiO2 particles are synthesized. All synthesis has been carried out at room temperature, under normal laboratory conditions. Advanced imaging and spectroscopic methods (FTIR, XRD, SEM-EDS, TEM, TGA, UV-vis) have been used in the determination of the structures of the synthesized particles. Photocatalytic behaviour and antibacterial activities of these particles which are have been studied. 
This study consists of five stages. In the first stage, gold and silver nanoparticles have been synthesized by the method of semi-biosynthesis. Plants (rosemary, thyme and fennel) have been used for the reduction of metal with semi biosynthesis. The formations of the metal nanoparticles and optimal synthesis conditions have been observed by using surface plasmon resonance (SPR)  with uv-vis spectroscopy. In the second stage, SiO2 particles has been produced in the laboratory, in the other stage, modification process of silica has been carried out. The silica surface has been decoreted with the metals obtained by bioreduction. Finally, the formed particles has been coated with the semiconductor, TiO2 by using the sol jel method.
By surface modification, these particles have been converted into multifunctional particle from single-component and a new material with antibacterial and photocatalytic features has been obtained. The antimicrobial activities of the obtained particles against Bacillus subtilis, Escherichia coli, Candida albicans, Staphylococcus aureus ve Pseudomonas aeruginosa have been tested. SiO2@Ag particles showed antibacterial activity against gram-positive S. Aureus, B. subtilis and gram-negative P. Aeruginosa;   SiO2@Au particles showed against C. Albicans antibacterial activity. No antibacterial activities of SiO2@Ag@TiO2, SiO2@Au@TiO2 particles against these bacterias have been observed.
Photodegradation of MB and MO with these particles for have been examined and ıt has been determined that TiO2-coated particles has more photocatalytic activity than the particles decorated with Ag and Au NP. The best photocatalytic removal (99,9%) in MB degradation has been observed by SiO2@Au@TiO2 (PVP) particles. It is determinatated that the rate constant   of this photocatalytic removal  is 4.0 × 10-2, the correlation coefficient (R2) is 0.94. The best photocatalytic removal of 97% MO degradation  by particles, which are prepared with silver has been observed, in SiO2@Ag@ TiO2 (PVP) particles. R2 value of this photocatalytic removal is 0.94 and  degradation rate constant is (k) 2.0 × 10-2. These  correlation constants have been often adopted in modeling of the pseduo first-order kinetic model. The degradation rate constants  of photocatalytic degradation  by SiO2@Au@TiO2  compare with SiO2@Ag@TiO2 is two  fold.
These particles which is environmentally friendly, have more potential for widespread use in catalysis, optical devices, such as the use of chemical and biological sensors than the single components due to their photocatalytic and antibacterial features.