Fotokatalitik hidrojen üretimi için katalizör geliştirilmesi
Catalyst development for photocatalytic hydrogen production
Yazar: CEREN SAKALLI YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. HALİT EREN FİGEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Hidrojen enerjisi = Hydrogen energy ; Katalizörler = Catalysts

Özet:
Bu çalışma, artan dünya nüfusuyla birlikte artan enerji talebini sürdürülebilir bir şekilde karşılamak için fotokatalitik hidrojen üretimine odaklanmaktadır. Fotokatalitik hidrojen üretimi, ışık absorpsiyonu ile gerçekleşen bir indirgeme işlemine dayanmaktadır. Çalışmada, fotokatalitik su ayrımına odaklanılmış ve fotokatalizör hazırlama yöntemleri araştırılmıştır, çevre ve ekonomi için faydaları nedeniyle hidrotermal yöntem tercih edilmiştir. Literatürde fotokatalitik su ayrımı için kullanılan katalizörler incelenmiş ve tungsten, bant aralığı ve hetero eklem yapı uyumu dikkate alınarak tercih edilmiştir. Tungsten oksidi geliştirmek için tek adımlı hetero eklem yapı oluşturması ve fotokatalitik aktiviteyi artırma kabiliyeti nedeniyle bizmut seçilmiştir. Güneş simülasyonu altında Bi (Bizmut)- W (Tungsten) sisteminde kadmiyum oksit (CdO) katkısı üzerine yapılan deneysel çalışmalara göre Bi-WO₃-CdO kompozit katalizörü, diğer katalizör formülasyonlarından (WO₃- CdO, Bi- WO₃ ve Bi- WO₃- CdO) daha iyi performans sergiledi. Kadmiyumun reaksiyon süresini uzatan önemli bir katkı olduğu belirlenmiştir. Katalizörlerin yüzeyinin morfolojik yapısı ve kimyasal özellikleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi (EDS) ve X-Işını Difraktometresi (XRD) analizleri ile karakterize edilmiştir. Bu çalışma, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını artırarak fosil yakıtların kullanımını azaltmayı hedeflemekte ve sürdürülebilir hidrojen üretimini teşvik etmeyi amaçlamaktadır.

Abstract:
This study focuses on photocatalytic hydrogen production to meet the increasing energy demand in a sustainable way with the increasing world population. Photocatalytic hydrogen production is based on a reduction process that occurs with light absorption. In the study, photocatalytic water splitting is focused on and photocatalyst preparation methods are investigated, hydrothermal method is preferred due to its benefits for environment and economy. Catalysts used for photocatalytic water splitting are examined in the literature and tungsten is preferred considering the band gap and heterojunction structure compatibility. Bismuth is selected due to its one-step heterojunction structure formation and its ability to increase photocatalytic activity to develop tungsten oxide. According to the experimental studies on cadmium oxide (CdO) doping in Bi-W system under solar simulation, Bi- WO₃- CdO composite catalyst showed better performance than other catalyst formulations (WO₃- CdO, Bi- WO₃ and Bi- WO₃- CdO). Cadmium was determined to be an important doping that prolongs the reaction time. The morphological structure and chemical properties of the surface of the catalysts were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), and X-ray Diffraction (XRD) analyses. This study aims to reduce the use of fossil fuels by increasing the use of renewable energy sources and to promote sustainable hydrogen production.