Pt katkılı ve nanotüp yapılı TiO2 fotoanotların hazırlanması ve polar pestisitlerin fotoelektrokatalitik bozundurulmasında kullanımı
Photoelectrocatalytic degradation of polar pesticides by Pt loaded nanotubes structure of TiO2 photoanodes
Yazar: TURAN MUTLU
Danışman: DOÇ. DR. LEVENT ÖZCAN
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Elektrokatalitik = Electrocatalytic ; Fotoelektrokimyasal yöntemler = Photoelectrochemical methods ; Fotokatalitik = Photocatalytic

Özet:
Bu tez çalışmasında, Ti yüzeyinde nanotüp yapıda TiO2'ler hidrojen florür (Ti/TiO2NTHF) ve etilen glikol ortamlarında (Ti/TiO2NTEG) farklı anodik yükseltgenme süreleri ve yakma sıcaklıkları için üretilmiştir. Ayrıca dönüşümlü voltametri yöntemi ile Pt katkılı Ti/TiO2NTEG fotoanotları da farklı döngü sayıları için üretilmiş ve en aktif Ti/TiO2NTEG fotoanodu için optimum Pt katkılama miktarı belirlenmiştir. Üretilen fotoanotlar XRD, SEM-EDX ve fotoakım yöntemleri ile karakterize edilmiştir. XRD analizlerden TiO2'lerin neredeyse tamamının anataz fazında oldukları belirlenmiştir. SEM analizlerinden nanotüplerin ve yüzeyindeki Pt nanoparçacıklarının homojene yakın düzende oldukları belirlenmiştir. En uzun nanotüpler etilen glikol ortamında elde edilebilmiş ve anodik yükseltgenme süresi ile tüp uzunluğu artış göstermiştir. Bunun yanında nanotüp uzunluğu ile XRD pik şiddetinde doğrusal bir ilişki bulunmuştur. Ayrıca nanotüp yüzeyindeki Pt nanoparçacıklarının kübik yapıda olduğu XRD ve SEM-EDX analizlerinden belirlenmiştir. Ti/TiO2NTEG fotoanotlarının fotoakım değerleri Ti/TiO2NTHF'lerden daha yüksek bulunmuştur. Buna ilaveten, katkılanan Pt miktarının artışı ile fotoanotun akım şiddeti düzenli olarak düşüş göstermiştir. 

Hazırlanan fotoanotlar ile en yaygın kullanılan polar pestisitlerden parakuat ve dikuatın ilk kez fotoelektrokatalitik bozundurulmaları gerçekleştirilmiştir. Pestisitler 3 saat reaksiyon süresi sonunda tamamen (%100 dönüşüm) bozundurulmuştur. Aynı zamanda karşılaştırma amaçlı bu moleküllerin elektrokatalitik ve fotokatalitik bozundurulmaları da incelenmiş ancak daha düşük aktivite gözlenmiştir. Özellikle elektrokatalitik olarak neredeyse hiç aktivite görülmemiştir (%1 dönüşüm). Bu durum, geliştirilen fotoanotların fotoelektrokatalitik aktivite için sinerjik bir etki gösterdiğini kanıtlamaktadır. Dikuat pestisidi, parakuattan fotokatalitik ve fotoelektrokatalitik olarak daha hızlı bozundurulmuştur. 
 
Fotoelektrokatalitik bozundurmada en yüksek aktivite etilen glikol ortamında 3 saat anodik yükseltgenme süresinde hazırlanmış ve 500 °C sıcaklığında yakılarak 4 döngü ile Pt katkılanmış nanotüp yapılı TiO2 fotoanot ile elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis nanotube structured TiO2's on Ti surface were prepared in hydrogen fluoride (Ti/TiO2NTHF) and ethylene glycol (Ti/TiO2NTEG) medium by different anodic oxidation times and calcination temperatures. Additionally, Pt loaded Ti/TiO2NTEG photoanodes were also prepared by cyclic voltammetry method for different cycles and the optimum loaded Pt amount was determined for the most active Ti/TiO2NTEG photoanode. These photoanodes were characterized by using XRD, SEM-EDX, and photocurrent methods. XRD studies showed that almost all TiO2's are in anatase phase. SEM analyses show that nanotubes and Pt nanoparticles on nanotube surface dispersed almost homogeneously. The longest nanotubes were obtained in the ethylene glycol medium and the nanotube length increased by increasing applied anodic oxidation time.  In addition, it was found a linear correlation between nanotube length and XRD peak intensity. Moreover SEM-EDX and XRD analyses evidence that Pt nanoparticles on nanotube surface are in cubic structure. Additionally, photocurrent values of Ti/TiO2NTEG photoanode are higher than that of Ti/TiO2NTHF. By increasing loaded Pt amount on Ti/TiO2NTEG photoanode, photocurrent values decreases linearly. 

The first photoelectrocatalytic degradation of paraquat and diquat, most commonly used polar pesticides, were performed by the prepared photoanodes. The pesticides were completely degraded (100% conversion) for 3h reaction time. Moreover electrocatalytic and photocatalytic degradation of the pesticides were also investigated for comparison, however lower activities were observed. Especially almost no activity (1% conversion) was obtained for electrocatalytic degradation of pesticides. These results are evidence that the photoanodes show a synergy for PEC activity. In addition activity results show that photoelectrocatalytic and photocatalytic degradation of diquat is faster than that of paraquat.

The highest photoelectrocatalytic degradation activity was obtained by using nanotube structured TiO2, prepared in ethylene glycol medium by anodic oxidation for 3 hours and calcinated at 500 oC and then Pt loaded with 4 cycles (Ti/TiO2NTEG-3h-500-Pt-4d).