CdS/politiyofen fotoelektrotsentezi ve karakterizasyonu
CdS/polythiophene photoelectrodesynthesis and characterization
Yazar: DERYA KAYA
Danışman: PROF. DR. MELTEM KAHYA DÜDÜKCÜ ; DR. RUKAN SUNA KARATEKİN
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Dönüşümlü voltametri = Cyclic voltammetry ; Elektrokimyasal empedans spektroskopisi = Electrochemical impedance spectroscopy ; Elektrokimyasal polimerleşme = Electrochemical polymerization ; Fotoelektrokimyasal yöntemler = Photoelectrochemical methods

Özet:
Günümüzde, fotoelektrotlar çeşitli uygulama alanlarında büyük önem taşırlar. Bu uygulamalar arasında fotoleketrokimaysal olarak CO2' nin indirgenmesi, H2O2 sentezi, H2O2 sensör çalışmaları, suyun ayrışması, kirleticilerin parçalanması sıralanabilir. Bu çalışmalardaki en önemli adım uygun bir fotokatalizör seçimidir. Bugüne kadar farklı yarıiletkenlerin oksitleri (TiO2, ZnO), sülfitleri (ZnS, CdS) ve oksinitritleri, polimerik materyaller fotoelektrokimyasal reaksiyonlarda kullanılmışlardır. Bunlar arasında CdS' ün yüksek katalitik aktivitesi, elektronik yük transferindeki üstün kabiliyeti, iletkenlik (İB) ile değerlik bant (DB) arasındaki uygun bant aralığı (2,42 eV) CdS'ü fotoelektrokimyasal reaksiyonlarda önemli bir fotokatalizör haline getirmiştir. Ancak CdS'ün fotokorozyona uğraması ile fotoreaksiyonlarda kararsız olması ve partiküllerinin kolayca bir araya gelmesi ile aktif yüzey alanının azalması ve bununla birlikte aktif parçacıkların rekombinasyonu gibi olumsuzluklar CdS'ün kullanımını kısıtlamaktadır.Bu tez kapsamında n tipi yarıiletken olan olan CdS' ün fotoelektrokimyasal sistemdeki olumsuzlukları politiyofen modifiyesi ile giderilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla politiyofen elektrokimyasal olarak sentezlenip ardışık iyonik tabaka adsorpsiyonu ve reaksiyonu (SILAR) metodu ile kaplanmak istenen Cd2+ başlangıç çözeltisine farklı derişimlerde eklenmiştir. Deneylerde CdS miktarı sabit tutulup politiyofen miktarı değiştirilerek bir optimum konsantrasyon değeri bulunmaya çalışılmıştır. Bu aşamadan sonra farklı döngülerde elektrotlar sentezlenip optimum döngü sayısı da belirlenmiştir. Fotoakım bakımından optimum şartlara sahip Ptyf-CdS ile CdS elektrotlarının fotokatalitik etkinliklerinin belirlenmesi için Elektrokimyasal İmpedans Spektroskopisi, uyarlanmış güneş ışığı altında fotokatalitik aktivitelerinin belirlenmesi için Doğrusal Tarama Voltametresi, yarı iletken tipinin ve flat band (Vfb) değerinin belirlenmesinde Mott-Schottky ölçümü kullanılmıştır. Elektrokimyasal ölçümlerinin  ardından X-Işını difraksiyon spektroskopisi (XRD), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR), Ultraviyole ve görünür ışık absorpsiyon spektroskopi (UV-vis), Taramalı elektron mikroskobu (SEM), Enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDX) analizleri tamamlanmıştır. 
Tüm sonuçlar değerlendirildiğinde Ptyf varlığında CdS' ün partikül boyutunun azaldığı, ışığı absorplama yetisinin arttığı, ışığın uyarılması ile oluşan elektron çiftlerinin rekombinasyon ihtimalinin azaldığı ve belirli bir süre zarfında yapılan elektroliz deneyleri sonrasında kararlılığının arttığı belirlenmiştir. Bu durum Ptyf varlığında CdS' ün fotokatalitik aktivitesinin arttığını göstermektedir.

Abstract:
Nowadays, photoelectrodes are of great importance in various application fields. Among these applications, photoelectrochemical reduction of CO2, H2O2 synthesis, H2O2 sensor studies, decomposition of water, degradation of pollutants can be listed. In these studies the most important step is the selection of a suitable photocatalyst. To date, oxides (TiO2, ZnO), sulfides (ZnS, CdS) and oxynitrites of different semiconductors and polymeric materials have been used in photoelectrochemical reactions. Among these, the high catalytic activity of CdS, its superior ability in electronic charge transfer, and the appropriate band gap (2.42 eV) between conductivity (IB) and valence band (DB) have made CdS an important photocatalyst in photoelectrochemical reactions. However, disadvantages such as photocorrosion of CdS, its instability in photoreactions, its particles coming together easily and the decrease in active surface area, as well as recombination of active particles, restrict the use of CdS.Within the scope of this thesis, it is aimed to eliminate the negative effects of CdS, which is an n-type semiconductor, in the photoelectrochemical system by polythiophene modification. For this purpose, polythiophene was synthesized electrochemically and added with different concentrations to the Cd2+ precursor solution to be coated by the sequential ionic layer adsorption and reaction (SILAR) method. In the experiments, an optimum concentration value was tried to be found by keeping the amount of CdS constant and changing the amount of polythiophene. After this step, electrodes were synthesized in different cycles and the optimum number of cycles was determined. Electrochemical Impedance Spectroscopy, linear scanning voltammetry, and Mott-Schottky measurement were used to determine the photocatalytic activities of Ptyf-CdS and CdS electrodes with optimum conditions in terms of photocurrent, and the semiconductor type and flat band (Vfb) value, respectively. Following electrochemical measurements, X-Ray diffraction (XRD), Fourier transformed infrared spectroscopy (FT-IR), Ultraviolet–visible spectroscopy (UV-vis), Scanning electron microscope (SEM),  Energy Dispersive Spectrometry (EDX) analyzes were performed.
When all the results were evaluated, it was determined that the particle size of CdS decreased in the presence of Ptyf, its ability to absorb light increased, the possibility of recombination of electron pairs formed by light excitation decreased, and its stability increased after a certain time electrolysis experiments. This shows that the photocatalytic activity of CdS increases in the presence of Ptyf.