Ti3C2 MXene sentezi ve sentez şartlarının MXene özelliklerine olan etkisi
Ti3C2 MXene synthesis and the effect of synthesis conditions on MXene properties
Yazar: MUSTAFA YEGİN
Danışman: PROF. DR. ÖZGE HANAY
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Yakın zamanda keşfedilen üstün elektriksel iletkenlik, büyük yüzey alanı, kullanım amacına göre 
değiştirilebilir yüzey grupları, hidrofilik davranışları ve antibakteriyel etkileri gibi birçok özelliğe sahip 2D nanomalzeme ailesinin bir üyesi olan Ti3C2TX MXene birçok mühendislik alanında kullanılmaktadır. Çevre Mühendisliği alanında da bu üstün özelliklerinden dolayı birçok proseste kullanılabilirliği düşünülmüş ve birçok çalışmaya konu olmuştur. Bu noktadan çıkışla MXene üretim şartları ve sentez prosedürlerinin MXene'nin kimyasal ve fiziksel yapısına olan etkisinin belirlenmesi önem arz etmektedir. Bu çalışmada Ti3C2TX MXene'nin Ti3AlC2 MAX fazından doğrudan HF ile ve LiF+HCl yoluyla aşındırılarak sentezlenmesi amaçlanmıştır. Sıcaklık, aşındırma süresi ve aşındırma çözeltisinin konsantrasyonunun olan etkisi, sentez koşullarının MXene'in yüzey gruplarına, morfolojik yapısına ve kimyasal yapısına olan etkisi belirlenmiştir. Çalışmada sıcaklığının arttırılması ile MAX fazından erken geçiş metali olan Al atomlarının uzaklaştırılmasının arttığı, doğrudan HF ile 40 oC 24 saat %30 konsantrasyonundaki HF koşullarında sentezlenen MXene'in MAX fazındaki Al atomlarının gideriminin yaklaşık %99 olduğu ve MXene'nin tanecik boyutlarının MAX fazının yaklaşık üçte bire düştüğü tespit edilmiştir. LiF+ HCl yoluyla MXene sentezinin doğrudan HF'ye kıyasla daha yüksek sıcaklıklarda gerçekleştiği belirlenmiştir. Yüksek sıcaklık 
şartlarında sentezlenen MXene'lerin daha yüksek termal dirence sahip olduğu gözlemlenmiştir. Aşındırma çözeltisinin konsantrasyonu arttıkça MXene yapısında oluşan akordiyonik yapıların derinliğinin arttığı belirlenmiştir. MAX fazının aşındırılması sonrası oluşan MXene yapısının yüzey gruplarının yapılan temas açısı analizleri sonuçlarına göre MAX fazına kıyasla daha hidrofilik bir malzemenin oluştuğu sonucuna 
varılmıştır.

Abstract:
Ti3C2TX MXene, a member of the recently discovered 2D nanomaterial family with many features such as 
superior electrical conductivity, large surface area, changeable surface groups according to the intended use, hydrophilic behavior and antibacterial effects, is used in many engineering fields. Due to these superior properties, it has been considered to be usable in many processes in the field of Environmental Engineering and has been the subject of many studies. From this point on, it is important to determine the effect of MXene production conditions and synthesis procedures on the chemical and physical structure of MXene. In this 
study, it was aimed to synthesize Ti3C2TX MXene from the Ti3AlC2 MAX phase by directly etching it with HF and LiF + HCl. The effects of temperature, etching time and concentration of the etching solution, and the effect of synthesis conditions on the surface groups, morphological structure and chemical structure of 
MXene were determined. In the study, the removal of Al atoms, which is an early transition metal, from the MAX phase increased by increasing the temperature, the removal of Al atoms in the MAX phase of MXene synthesized directly with HF at 40 oC for 24 hours at 30% concentration was approximately 99%, and the particle sizes of MXene were approximately three-thirds of those of the MAX phase. It was found that it decreased to one. It has been determined that MXene synthesis via LiF+ HCl occurs at higher temperatures compared to direct HF. It has been observed that MXenes synthesized under high temperature conditions have higher thermal resistance. It was determined that as the concentration of the etching solution increased, the depth of the accordion structures formed in the MXene structure increased. According to the results of the contact angle analysis of the surface groups of the MXene structure formed after the etching of the MAX phase, it was concluded that a more hydrophilic material was formed compared to the MAX phase.