Değerli metal içeren nanoparçacıkların sentezi, karakterizasyonu ve kataliz uygulamaları
Synthesis, characterization and catalyst applications of noble metal containing nanoparticles
Yazar: MURADİYE ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. İLKAY HİLAL GÜBBÜK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Metal nanopartiküller = Metal nanoparticles

Özet:
Metal nanoparçacıklar üstün elektronik ve optik özeliklere sahip olduklarından dolayı son yıllarda kataliz, optoelektronik, kimyasal ya da biyokimyasal sensörler ve tıp gibi alanlarda yoğun bir şekilde kullanılmaktadırlar. Kimyasal ve fiziksel teknikler kullanılarak başarılı bir şekilde sentezlenmelerine rağmen kullanılan kimyasalların çevresel ve biyolojik zararları sebebiyle, günümüzde ucuz ve çevre dostu tekniklere duyulan ilgi gittikçe artmaktadır. Yeşil Sentez ekonomiktir, zararlı kimyasallar içermez ve çevre dostudur.  
Tekstil, deri, plastik, gıda, kağıt ve benzeri farklı sanayi atığı olan boyalar su kirliliğinin başlıca sebebidir. Bu boyaların çoğu zehirlidir, parçalanmazlar, bitkilere, hayvanlara ve insanlara karşı doğada potansiyel zehir olarak kalırlar. Bunlardan metil oranj gibi azo boyar maddeler çoğunlukla çevreyi mutajenik, kanserojen ve toksik açıdan tehdit etmektedirler.  Bu sebeple boyaların bozunmasını sağlamak çok önemlidir. 
Bu çalışmada, atık sulardan boyaların gideriminde kullanılmak amacıyla değerli metal içeren nanoparçacıkların sentezi amaçlanmıştır. Nanoparçacıkların kararlılığı için antioksidan bitki ekstraklarından yararlanılmıştır. Antioksidanlar oluşan nanoparçacığın oksitlenmesini engellemekte ve nanoparçacığa antibakteriyel özellik katmaktadır. Böylelikle bir yandan sanayi atıksularından boyalar giderilirken bir yandan da suda üremesi muhtemel bakterileri gidererek daha sağlıklı ve hijyenik sular kazandırılmış olur. Normal metal nanoparçacık sentezlerinde kullanılan indirgeyen ve stabilizatör gibi iki ayrı madde kullanmak yerine bu çalışmada her iki görevi de görebilecek antioksidan bitkiler kullanılmıştır. Buna ek olarak nanoparçacık üretiminde kullanılan organik çözücüler yerine çözücü olarak su kullanılmıştır. Nanoparçacık sentezinde kullanılan kimyasal maddelerin sayısının azalması ve çözücü olarak suyun kullanılması hem ucuz maliyette üretimin olması hem de çevreci nanoparçacıkların sentezlenmesi bu çalışmanın önemini artırmıştır. 
Bu tezde değerli metal (Ag, Au, Pt, Pd) içeren antioksidan nanoparçacıkların yeşil sentez ile sentezleri, karakterizasyonları ve kataliz uygulamaları konusunda çalışmalar yapılmıştır. Değerli metal içeren nanoparçacıklar (AgNPs, AuNPs, PtNPs ve PdNPs), tarçın, keçiboynuzu, zencefil ve zerdeçal antioksidan özütleri kullanılarak başarıyla sentezlenmiştir. Sentezlenen antioksidan nanoparçacıklar UV-Vis Spektroskopisi, SEM-EDX, FTIR, TEM ve XRD ile karakterize edilmiştir. 
Sentezlenen bu nanoparçacıklar boyaların (Metil Oranj, Metilen Mavisi ve Rodamin B) sodyum borhidrür (NaBH4) ile indirgenmesinde katalizör olarak kullanılmıştır. Boyaların indirgenme deneyleri UV-Vis Spektrometresinde gerçekleştirilmiştir. Bozunma reaksiyonları için kinetik parametreler (k) hesaplanmış ve yaklaşık 6-22 dakika antioksidan nanoparçacıklara maruz kalmalarıyla boyaların etkili bir şekilde parçalanmasını sağlamıştır. Elde edilen sonuçlardan katalitik aktivitelerinin AgNPs > AuNPs > PtNPs  ≥ PdNPs olduğu görülmüştür.
Ek olarak bu tez çalışmasında sentezlenen değerli metal (Ag, Au, Pt, Pd) içeren antioksidan nanoparçacıklar, boyar madde ile hassaslaştırılmış fotokatalitik hidrojen üretiminde katalizör olarak kullanılmıştır. Bu işlem için ticari bir boyar madde olan Eosin-Y kullanılmıştır. Bu çalışmalar neticesinde hidrojen üretim oranlarından PtNPs katalizörler ile en iyi sonuç alındığı görülmüştür. 

Anahtar Kelimeler: antioksidan, boya, fotokatalitik, hidrojen üretimi, kataliz, nanoparçacık, yeşil sentez

Abstract:
Recently metal nanoparticles have been used extensively in the fields such as catalysis, optoelectronics, chemical or biochemical sensors and medicine because of their superior electronics and optical properties. Despite the successful synthesis of chemical and physical techniques, the interest in cheap and environmentally friendly techniques is increasing due to the environmental and biological harm of the chemicals used. Green Synthesis is economical, does not contain harmful chemicals and it is environmentally friendly.
Textile, leather, paper, food,  plastic and other industrial waste dyes are the main cause of water pollution. Most of these dyes poisonous are remain a potential poison in nature against plants, animals and humans because they do not decompose. These azo dyes such as methyl orange are often threatening the environment in terms of mutagenic, carcinogenic and toxic. Therefore it is very important to ensure the degradation of the dyes.
This study aims synthesize noble metal containing nanoparticles to remove the dyes from waste water. Antioxidants extracted from the plants prevents oxidation of the particles and gives anti-bacterial properties to the particles. Thus, the newly synthesized noble metal containing nanoparticles not only remove dyes from the industrial waste water but also prevent possible growth of bacteria in water. Instead of using two different agent, in typical reaction, such as reductant and stabilizer, served as in both a novel materials. In addition, water was used as a solvent instead of organic solvents in nanoparticle synthesis. The number of materials are reduced both green nanoparticles and low costly synthesis are significantly increased the importance of this study. 
In this thesis, it has been studied of green synthesis, characterization and catalysis applications of noble metal (Ag, Au, Pt, Pd) containing antioxidant nanoparticles. Noble metal containing nanoparticles (AgNPs, AuNPs, PtNPs and PdNPs) were successfully synthesized by using antioxidants from cinnamon, carob, ginger and turmeric extracts. Thus synthesized antioxidant nanoparticles were characterized by UV-Vis Spectroscopy, SEM-EDX, FTIR, TEM and XRD. 
The synthesized nanoparticles were acted as a catalyst to degradation of dyes (methyl orange, methylene blue and rhodamine B) with sodium borohydride (NaBH4). Reduction process between dyes and synthesized nanoparticles was investigated by using UV-Vis Spectrometer. Kinetic parameters (k) for the degradation reactions have been calculated and synthesized antioxidant nanoparticles were effectively degrading the dyes nearly 6-22 min. of exposure time. It was seen from the results that the catalytic activities were in the order of AgNPs > AuNPs > PtNPs ≥ PdNPs.
Additionally, in this thesis the synthesized antioxidant nanoparticles containing noble metal (Ag, Au, Pt, Pd)  were used as catalyst in the dye-sensitized photocatalytic hydrogen evolution studies. Eosin-Y, a commercial dyestuff, was used for this process. As a result of this study it was seen that hydrogen evolution rates have the best results with PtNPs catalyst. 

Keywords: antioxidant, catalyst, dye, green synthesis, hydrogen evolution, nanoparticles, photocatalytic