Ultrasonik kimyasal püskürtme tekniği ile üretilen TiO2 filmlerinin yapısal, optik, yüzey ve fotokatalitik özellikleri üzerine farklı ortamlarda tavlama işleminin etkisi
The effect of annealing in different atmospheres on the structural, optical, surface and photocatalytic properties of TiO2 films produced by ultrasonic spray pyrolysis technique
Yazar: MÜGE SÖYLEYİCİ ÇERGEL
Danışman: PROF. DR. FERHUNDE ATAY
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Atomik kuvvet mikroskobu = Atomic force microscope ; Fotokatalitik = Photocatalytic ; Fotolüminesans = Photoluminescence ; Mikroskopi-elektron taramalı = Microscopy-electron scanning ; Optik özellikler = Optical properties ; Ultrasonik püskürtme = Ultrasonic spraying ; X ışını kırınımı = X ray diffraction

Özet:
Sürdürülebilir teknolojiler arasında TiO2 fotokatalizörleri; endüstriyel atıklardan kaynaklanan su, hava ve çevre kirliliği gibi sorunların giderilmesinde klasik yöntemlere alternatif olarak gelecek vaat eden malzemelerdir. Bu tez çalışmasında TiO2 filmi ultrasonik kimyasal püskürtme tekniği kullanılarak 4005 C alttaş sıcaklığında üretilmiş ve oksijen, argon ve azot ortamlarında 550 C' de 3 saat tavlama işlemine tabi tutulmuştur. Tüm filmlerin yapısal, optik, yüzey ve fotokatalitik özellikleri ayrıntılı olarak incelenerek, farklı ortamlarda tavlama işleminin etkisi araştırılmıştır. Filmlerin yapısal özellikleri       X-ışını kırınım desenleri ile incelenerek ham numunenin polikristal yapıda brukit fazında oluştuğu ve tavlama işlemi ile birlikte anatas fazlı (004) yönelimli TiO2 filmlerinin üretildiği belirlenmiştir. Filmlerin kalınlıkları ve bazı optik parametreleri spektroskopik elipsometri tekniği ile belirlenmiştir. Soğurma ve fotolüminesans spektrumlarından yararlanarak optik özellikleri incelenmiş ve indirekt optik bant aralıklarının görünür bölgeye kaydırıldığı ve yapıda oksijen boşluğu ve Ti+3 katyonlarının yüzey kusuru olarak oluştuğu saptanmıştır. Filmlerin yüzey özelliklerinin incelenmesinde taramalı elektron ve atomik kuvvet mikroskopları kullanılmıştır. TiO2 filmleri 30 dk ve 60 dk ışınlama süresince UV ışık kaynağı ile aydınlatılarak ve organik kirletici olan metilen mavisi kullanılarak fotokatalitik testler yapılmıştır. Yapılan incelemeler sonucunda, TiO2 filmlerinin yapısal, optik ve yüzey özelliklerinin tavlama ortamına güçlü derecede bağlı olduğu ve en iyi fotokatalitik aktivitenin oksijen ve azot ortamında tavlama işlemi ile geçekleştirildiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Among sustainable technologies, TiO2 photocatalysts are promising materials and alternative to conventional methods that are being used for eliminating problems such as water, air and environmental pollution originating from industrial waste. In this thesis, TiO2 film has been produced at 4005 C substrate temperature using ultrasonic chemical spray pyrolysis technique and annealed at 550 C for 3 hours in oxygen, argon and nitrogen atmospheres. The structural, optical, surface and photocatalytic properties of all films have been examined in detail and the effects of annealing in different atmospheres have been investigated. Structural properties of the films have been investigated by X-ray diffraction patterns and it has been determined that the raw sample has been formed in the brookite phase in the polycrystalline structure. It has also been determined that (004) oriented TiO2 films with anatase phase have been produced after the annealing process. The thicknesses and some optical parameters of the films have been determined by spectroscopic ellipsometry technique. Optical properties have been investigated by absorption and photoluminescence spectra. It has been seen that indirect optical band gap values were shifted to the visible region and oxygen vacancy/Ti+3 cations has been formed as surface defects in the structure. Scanning electron and atomic force microscopes have been used to investigate the surface properties of the films. TiO2 films have been photocatalytically tested during 30 min and 60 min UV light irradiation using methylene blue as an organic contaminant. As a result of the investigations, it has been found that the structural, optical and surface properties of TiO2 films strongly depend on the annealing atmosphere and the best photocatalytic activity is achieved by annealing in oxygen and nitrogen atmospheres.