Yeni nesil enerji kaynağı: Kloroplast esaslı in-situ biyoyakıt pilleri ve enerji içeriğini artırabilecek nanoyapıların sentezi
New generation fuel cells: Chloroplast based in-situ bio fuel cells and synthesis of nanomaterials that can increase their efficiency
Yazar: GAYE BAŞKAYA
Danışman: DOÇ. DR. FATİH ŞEN
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Dünyada giderek artan enerji talebi ve atmosfere yayılan sera gazları çağımızın en önemli sorunlarından biridir. Bu sorunları ortadan kaldırabilmek amacıyla bilim insanları alternatif enerji kaynaklarından biri olan yakıt pillerine yönelmişlerdir. Yakıt pillerinin bir alt üyesi olan biyoyakıt pilleri temiz, çevre dostu ve yenilenebilir bir kaynaktır. Glukozdan enerji elde etmeye yönelik olarak hazırlanmış olan biyoyakıt pillerinde çoğunlukla glukoz oksidaz, lakkaz vb. gibi enzimler kullanılmıştır. Fakat enzimlerin düşük kararlılık ve immobilizasyon gibi dezavantajlarından dolayı son zamanlarda yeni nesil metal nano katalizörler kullanılmaya başlanmıştır.. Bu nedenle bu çalışmada fonksiyonelleştirilmiş çok duvarlı karbon nanotüp ile desteklenmiş Ni nanokatalizörü (Ni@f-ÇDKNT) hem 3 lü elektrot sisteminde hemde geliştirilen biyoyakıt pili sistemi içerisinde disk-pelet elektrot hazırlanarak yakıt pili için denenmiştir. Çok duvarlı karbon nanotüpler mükemmel elektriksel iletkenlik ve dayanıklılık gibi özellikleriden dolayı destek maddesi olarak kullanılmıştır. Yakıt olarak hem ticari glukoz hem de yeşil bitkilerden biri olan ıspanak (Spinacia oleracea) yapraklarındaki kloroplastın izolasyonu sonucu açığa açıkan glukoz kullanılmıştır. Hazırlanan disk-pelet elektrot ve metal nanokatalizörler X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ile karakterize edilerek potentiostat/galvonastat cihazı ile Dönüşümlü Voltametri (CV) ve Kronoamperometri (CA) gibi teknikler kullanılarak glukoza karşı performansları değerlendirildi. Ni@f-ÇDKNT nanokatalizörünün sergilemiş olduğu mükemmel katalitik aktivitesi ile 0.56 V'ta yaklaşık 25 mA/cm2 lik bir akım ve 6 mW lık güç yoğunluğu elde edildi. 

Anahtar Kelimeler: Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Biyoyakıt Pilleri, Karbon Nanotüp, Ni Nanokatalizörü

Abstract:
Increasing demand for energy in the world, and greenhouse gases emitted into the atmosphere is one of the most important issues of our time. In order to eliminate these problems scientists have turned to the fuel cell as one of the alternative energy sources. Biofuel cells which is an important member of fuel cell are environmentally friendly and renewable resources. Mostly in the biofuel cell some enzymes such as glucose oxidase and laccase have been used for obtaining energy from glucose. But recently, a new generation materials like nano-metal catalysts have been frequently used because of the many disadvantages of enzymes such as immobilization, low stability etc. Therefore, in this study functionalized multi walled carbon nanotube which have excellent electrical conductivity and durability based Ni nanomaterial (Ni@f-MWCNT) electrode was prepared, tested and developed for biofuel cells. Spinach is one of glucose as fuel, both commercial and green plants (Spinacia oleracea) is used for chloroplast isolation as a result of their leaves open that starts glucose. The prepared nanomaterials have been characterized by X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Transmission Electron Microscopy (TEM), Scanning electron microscope (SEM) and Atomic force microscope (AFM) were evaluated against glucose oxidation by using Cyclic voltammetry (CV) and Chronoamperometry (CA) techniques. Ni@f-MWCNT nano catalyst exhibits excellent catalytic activity that was about 0.56 V at 25 mA / cm2 and a current density of 6 mW power was obtained.

Keywords: Atomic Force Microscope (AFM), Biofuel Cells (BFCs), Multiwalled Carbon Nanotube, Ni Nanocatalyst.