Çevrel fazların fotoantimikrobiyal etkisi ve fotokatalitik hidrojen üretimi
Photoantimicrobial effect and photocatalytic hydrogenproduction by chevrel phases
Yazar: TALHA KURU
Danışman: PROF. DR. İMREN HATAY PATIR
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry

Özet:
Çevrel fazlar, birçok uygulamada benzersiz özellikler sunan, metaller ve kalkojenlerden oluşan yenilikçi malzemelerdir. Yapısındaki kalkojen ve metal atomlarının isteğe uygun bir şekilde değiştirilmesi mümkün olduğundan geniş bir malzeme sınıfı olarak kabul edilebilmektedir. Bu tez kapsamında selenyum ve sülfür temelli 5 farklı çevrel fazın fotokatalitik hidrojen üretimi ve fotoantimikrobiyal etkinliği incelenmiştir. Sentezlenen Mn2Mo6S8, Fe2Mo6S8, Cu2Mo6S8, Fe2Mo6Se8 ve Cu2Mo6Se8 çevrel fazlarının fotokimyasal süreçlerdeki etkinliğinin aydınlatılarak fotokatalitik ve fotodinamik süreçleri açıklamak için DRS ve CV analizleri gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda Mn2Mo6S8, Fe2Mo6S8, Cu2Mo6S8, Fe2Mo6Se8 ve Cu2Mo6Se8 çevrel fazlarının XPS, XRD, SEM ve EDX analizleri de gerçekleştirilerek malzemelerin yapısal ve morfolojik karakterizasyonu gerçekleştirilmiş olup saf bir şekilde sentezlendiği kanıtlanmıştır.
Hidrojen enerjisinin birçok üretim yöntemi bulunsa da bunlardan fotokatalitik hidrojen üretimi doğrudan güneş enerjisini hidrojene dönüştürme kabiliyetine sahip olmasından dolayı önemli bir yere sahiptir. Şimdiye kadar çok sayıda fotokatalizör fotokatalitik hidrojen üretimi için araştırılmış olup elde edilen verimler halen düşük olduğu bilinmektedir. Bu tez kapsamında çevrel fazların bu alandaki potansiyeline dikkat çekilmiş olup Mn2Mo6S8, Fe2Mo6S8, Cu2Mo6S8, Fe2Mo6Se8 ve Cu2Mo6Se8 çevrel fazları fotokatalitik hidrojen üretimi reaksiyonunda katalizör olarak kullanımı araştırılmıştır.
Görünür dalga boyundaki ve yakın kızıl ötesi ışıklar kullanılarak gerçekleştirilebilen fotodinamik ve fototermal etki kullanılan katalizörün ışık altında ROS ve lokalize termal dönüşümler üreterek mikrobiyal hasar oluşturması esasına dayanmaktadır. Çevrel fazlar sahip olduğu optoelektronik, fizikokimyasal ve elektrokimyasal özelliklerden dolayı bu alanlarda da umut vaat etmektedir. Bu tez kapsamında Mn2Mo6S8, Fe2Mo6S8, Cu2Mo6S8, Fe2Mo6Se8 ve Cu2Mo6Se8 çevrel fazlarının Staphylococcus aureus ve Escherichia coli bakterileri üzerindeki fototermal ve fotodinamik antimikrobiyal aktivitesi LED (ışık yayan diyot) ve NIR (yakın kızılötesi) ışığı altında biyofilm inhibisyonu ve optik bakteri yoğunlukları incelenerek araştırılmıştır.

Abstract:
Chevrel phases are innovative materials composed of metals and chalcogens that offer unique properties in many applications. Since it is possible to change the chalcogen and metal atoms in its structure, it can be considered as a wide material class. In this thesis, photocatalytic hydrogen production and photoantimicrobial activity of 5 different chevrel phases based on selenium and sulfur were investigated. DRS and CV analyzes were performed to explain the photoctalytic and photodynamic processes by elucidating the efficiency of the synthesized Mn2Mo6S8, Fe2Mo6S8, Cu2Mo6S8, Fe2Mo6Se8 and Cu2Mo6Se8 chevrel phases in photochemical processes. At the same time, by performing XPS, XRD, SEM and EDX analyzes of the chevrel phases of Mn2Mo6S8, Fe2Mo6S8, Cu2Mo6S8, Fe2Mo6Se8 and Cu2Mo6Se8, the structural and morphological characterization of the materials was carried out and it was proven that they were synthesized in a pure form.
Although there are many production methods of hydrogen energy, photocatalytic hydrogen production has an important place because it has the ability to directly convert solar energy into hydrogen. Until now many photocatalysts have been investigated for photocatalytic hydrogen production and it is known that the obtained yields are still low. In this thesis, the potential of chevrel phases in this area has been pointed out and the use of Mn2Mo6S8, Fe2Mo6S8, Cu2Mo6S8, Fe2Mo6Se8 and Cu2Mo6Se8 chevrel phases as catalysts in the photocatalytic hydrogen production reaction has been investigated.
The photodynamic and photothermal effect, which can be realized by using visible wavelength and near infrared lights, is based on the fact that the catalyst used creates microbial damage by producing ROS and localized thermal transformations under light. Chevrel phases are promising in these fields due to their optoelectronic, physicochemical and electrochemical properties. In this thesis, the photothermal and photodynamic antimicrobial activity of the chevrel phases of Mn2Mo6S8, Fe2Mo6S8, Cu2Mo6S8, Fe2Mo6Se8 and Cu2Mo6Se8 on Staphylococcus aureus and Escherichia coli bacteria were investigated by examining biofilm inhibition and optical bacterial densities under LED (light emitting diot) and NIR (near infrared) light.