Yeşil Sentez Yöntemi ile Verbascum thapsus'tan karbon kuantum noktalarının elde edilmesi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of carbon quantum dots from Verbascum Thapsus using the Green Synthesis Method
Yazar: SERAY ÖZÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. İLKNUR KÜÇÜK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Hidrotermal sentez = Hydothermal synthesis ; Nanopartiküller = Nanoparticles

Özet:
Kuantum noktalar yaklaşık 2-10 nm çapında, bant aralığı bakımından yarı iletken sınıfına giren, çeşitli yöntemlerle kontrol edilebilen yarıçapları sayesinde farklı dalga boylarında ışıma yapabilen, inorganik malzemelerle üretilmesinin yanı sıra karbon tabanlı olarakta üretilebilen özel nano malzemelerdir. Karbon tabanlı üretilen kuantum noktaları (CQD) fotolüminesans ve dalga boyuna bağlı emisyonları, yüksek çözünürlükleri, düşük toksisiteleri, işlevselleştirme kolaylıkları ve biyouyumlu olmaları nedeniyle önemli bir araştırma alanı haline gelmiştir.
Bu çalışmada halk arasında sığırkuyruğu otu olarak bilinen Verbascum thapsus'tan hidrotermal sentez yöntemi ile karbon kuantum noktaları sentezlenmiştir. Hidrotermal sentez yönteminde sıcaklık 180 ile 200 ℃, reaksiyon süresi 4 ile 10 saat olmak üzere iki farklı çözücü ortamında deney koşulları çeşitlendirilerek kuantum noktaları hazırlanmıştır. Elde edilen karbon kuantum noktalarının absorbsiyon ölçümleri UV-VIS spektrofotometre ile, yapısal özellikleri FTIR, X-Ray Difraktometresi (XRD) ile ve morfolojik özellikleri Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) ile karakterize edilmiştir. Floresan spektrometre kullanılıp kuantum verimleri hesaplanarak hidrotermal sentez koşullarının kuantum verimine etkisi araştırılmıştır. Örneklerin kuantum verimi %2.44-%5.51 aralığında değişirken en yüksek verim 200 ℃, 10 saat reaksiyon süresi ve distile su ile gerçekleştirilen çözücü ortamında sentezlenen kuantum noktalarında %5.51 olarak belirlenmiştir. Ayrıca hazırlanan CQD'lerin atıksulardan boyar madde giderim performansı metilen mavisi için CQD içeren sodyum aljinat tanecikleri hazırlanarak araştırılmıştır. 25 ppm başlangıç konsantrasyonunda metlien mavisi çözeltisi için % giderim veriminin %25.6-%64.8 aralığında değiştiği ve  en yüksek giderim veriminin %64.8 ile 180 ℃, 10 saat reaksiyon süresi, distile su-limon suyu çözücü ortamıyla sentezlenen CQD'ler ile elde edildiği belirlenmiştir. 
Bu çalışmada elde edilen bulgular Verbascum thapsus'tan hidrotermal sentez yöntemi ile karbon kuantum noktalarının başarı ile hazırlanabildiğini, kuantum veriminin deney şartlarından önemli ölçüde etkilendiğini ve hazırlanan CQD'lerin atıksulardan boyar madde giderimi için umut vaadettiğini ortaya koymuştur.

Abstract:
Quantum dots are approximately 2-10 nm in size and are produced from carbon and inorganic materials, which are classified as semiconductors according to their band gap and can radiate at different wavelengths to their radii controlled by various methods. Carbon-based quantum dots (CQD) have become an important research area due to properties such as photoluminescence and wavelength-dependent emission, high solubility, low toxicity, easy functionalization and biocompatibility. 
In this study, CQDs were synthesized from Verbascum thapsus, known as mullein, by hydrothermal synthesis method. The experimental conditions were varied such that the temperature was 180-200 ℃, the reaction time was 4-10 hours, and the solvent type was water and lemon juice. Absorption measurements of the obtained carbon quantum dots were made with a UV-VIS spectrophotometer. Structural properties were characterized by FTIR, X-Ray Diffractometer (XRD) and morphological properties by Scanning Electron Microscope (FESEM). The effect of reaction conditions on the quantum yield was investigated by calculating the quantum yields using a fluorescence spectrometer. The quantum yield varied between 2.44% and 5.51%, the highest yield was determined 5.51% in quantum dots synthesized using 200 ℃, 10 h reaction time and solvent distilled water. Additionally, the dye removal performance of the prepared CQDs from wastewater was investigated by preparing sodium alginate particles containing CQDs for methylene blue. It was determined that the % removal efficiency for methylene blue solution at an initial concentration of 25 ppm varied between 25.6% and 64.8%, and the highest removal efficiency, 64.8%, was obtained with CQDs synthesized at 180 ℃, 10 hours reaction time, and distilled water-lemon juice solvent environment.
Findings obtained in this study revealed that carbon quantum dots can be successfully prepared from Verbascum thapsus by hydrothermal synthesis, quantum yield is affected by the experimental conditions and the prepared CQDs are promising for dye removal from wastewater.