Çinko doplanmış nano titanyum dioksit (TiO2) sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
Synthesıs and applıcatıons of zınc oxıde doped nano titanium dioxide (TiO2)
Yazar: SEHER NECCAROĞLU IŞIK
Danışman: PROF. DR. ULVİ AVCIATA ; YRD. DOÇ. DR. OĞUZHAN AVCIATA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Titanyum dioksit (TiO2), çevresel arıtma ve enerji üretimi alanlarında köklü değişikliklerle gelişen teknolojilerde üzerinde en çok araştırma yapılan yarıiletken oksitlerden birisidir.
Nano boyutlu TiO2, çevresel arıtmada ve atık sulardaki zararlı kimyasalların parçalanmasında kullanılan ve en çok bilinen fotokatalistlerden birisidir. TiO2'in anataz, brukit ve rutil olmak üzere üç kristal fazı bulunmaktadır ve bunların içinden anataz ve rutil form, pigment, gaz sensörü, katalizör ve çevresel arıtmada fotokatalizör olarak kullanımı ön plana çıkmaktadır.
Havadaki ve sudaki organik kirliliklerin uzaklaştırılmasında fotokatalizör olarak kullanılabildiği gibi yine suyun iyonlarına ayrıştırılarak hidrojen elde edilmesine kadar fotokatalizör olarak oldukça geniş uygulamaları bulunmaktadır. Bu özelliklere sahip diğer maddelere göre fiyatının daha düşük olması, düşük zehirlilik, yüksek ısıya ve kimyasallara dayanma özelliklerinden dolayı kullanımı yaygındır. Ancak fotokatalist olarak görünür ışığa duyarlılığının düşük olması TiO2'nin sınırlayıcı özelliklerinden biridir. Birçok çalışmada TiO2'nin görünür ışıktaki aktivitesini artırmak, elektronik ve yüzey yapısını iyileştirmek için soy metal katma, metal iyon yükleme, katyonik ve anyonik doplama gibi işlemler yapılmaktadır.
Bu çalışmada, hidrotermal yöntemle fotokatalitik özelliğe sahip ZnO doplanmış rutil formda nano TiO2 sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen yapının verimini ölçmek amacı ile yine hidrotermal yöntemle fotokatalitik özelliğe sahip anataz formdaki nano TiO2 sentezi ile kıyaslamaları yapılmıştır. Sentezlenen malzemelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri XRD, SEM, EDS ve FT-IR ile karakterize edilmiştir. UV Spektrofotometre ile uygulama kıyaslamaları yapılmıştır. Sentezlenen malzemelerin fotokatalitik özellikleri, seramik boncukların yüzeyi daldırma yöntemi ile kaplanarak duru bir ortamda 1 ppm lik indigo karmin tekstil boyar madde çözeltisinin UV ışık altında parçalanabilirliği araştırılmıştır. Belirli zaman aralıklarında alınan örneklerin analizi sonucunda, indigo karmin tekstil boyar madde çözeltisinin UV ışık altında parçalandığı ve konsantrasyonunun azaldığı gözlemlenmiştir. Normalde anataz yapının rutil formdaki TiO2 den iki kat daha hızlı fotokatalitik özellikte olduğu bilinmektedir. Ancak çinko oksit yapıyı rutil yapmasına rağmen fotokatalitik özelliğini artırdığı gözlemlenmiştir.
Antibakteriyel özelliğinin araştırılması için gündüz kremine farklı derişimlerde çinko doplanmış nano TiO2 eklenmiştir. Molaritesi yüksek olan iki derişimde bu etki gözlemlenmiştir.

Abstract:
Titanium dioxide (TiO2) is one of the most researched semiconductor oxides that has revolutionised Technologies in the field of enviromental purification and energy generation. 
Nanocrystalline TiO2, one of the most popular photocatalyst, have long been investigated in environmental purification, decomposition of dyes in wastewater. Anatase, brookite and rutile are three crystalline forms of titania. Among these crystalline forms, anatase TiO2 is attracting more attention for its vital use as pigments, gas sensors, catalysts, photocatalysts in response to its application in environmental related problems of pollution control and photovoltaics.
It has found extensive applications in heterogenous photocatalysis for removing organic pollutants from air and water and also in hydrogen production from photocatalytic water-spliting. Its use popular because of its low cost, low toxicity, high chemical and thermal stability. But one of the critical limitations of TiO2 as photocatalyst is its poor response to visible light. Several attempts have been made to modify the surface and electronic structures of TiO2 to enhance its activity in the visible light region such as noble metal depositions, metal ion loading, cationic and anionic doping and sensitisation. 
In this study, ZnO doped photocatalytic nano-TiO2 in rutile form was successfully synthesized by hydrothermal method. In order to measure the efficiency of the synthesized structure, comparisons were made with another photocatalytic nano TiO2 structure in anatase form which has been also synthesized by hydrothermal method. Physical and chemical properties of the materials synthesized were characterized by XRD, SEM, EDS and FT-IR. Comparisons of the applications were made with an UV spectrophotometer. Photocatalytic properties of the synthesized materials were invastigated with degradability of the indigo carmine solution. Synthesized materials were coated onto the surface of ceramic beads by dipping method. Degradability of the 1 ppm textile dye slack solution was investigated with the interaction of the coated beads under UV light. As a result of the analysis of the samples, it was observed that indigo carmine textile dye solution was degraded and the concentration of the solution was decreased under UV light.
It is known that anatase structure shows twice photocatalytic property than rutile structure. However, it was observed that ZnO has increased the photocatalytic property whether it made the structure rutile. 
For the investigation of antibacterial properties, zinc oxide doped nano-TiO2 in different molar ratios were added to day cream. It was observed that higher ratios zinc oxide doped nano TiO2 prevented bacterial growth.