Manyetik çekirdek içeren fotokatalizör üretimi
Production of photocatalyst with magnetic core
Yazar: MERVE TOPUZ
Danışman: PROF. DR. KORAY ÖZTÜRK
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Fotokatalitik = Photocatalytic ; Kaplama = Coating ; Manyetik = Magnetic ; Çekirdek = Nucleus

Özet:
Nano boyuta sahip çekirdek-kabuk yapılı malzemeler fotokataliz, biyomedikal uygulamalar ve ilaç dağıtımı gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Manyetik çekirdek yapısına sahip olanları ise, tozların geri kazanımının kolaylığı nedeniyle fotokatalizde sıkça tercih edilmektedir. Bu çalışmada, öncelikle birlikte çökeltme yöntemiyle, Fe3O4 manyetik seramik toz sentezi gerçekleştirilmiştir. Kimyasal kararlılıklarını arttırabilmek amacıyla, manyetik çekirdek görevi alacak olan bu sentezlenmiş tozların yüzeyleri sol-jel yöntemiyle silika (SiO2) tabakasıyla kaplanmıştır. Silika kaplı manyetik tozların en dış katmanı olarak, çinko içeren bir yapı hedeflenmiştir.

XRD sonuçlarına göre birbirine yakın piklere sahip Fe3O4 ve ZnFe2O4 fazları elde edilmiştir. SiO2 pik vermediği için amorf yapıda olduğu düşünülmüştür. SEM görüntülerinde, Fe3O4 nanopaçacıklarının topaklanmış ve düzensiz şekillere sahip olduğu görülürken kaplamayla beraber elde edilen tozların daha az topaklanmış bir görüntüye sahip olduğu görülmüştür. EDS analizinde herhangi bir yabancı elemente rastlanmamıştır. FT-IR analizinde Fe3O4, SiO2 ve ZnFe2O4'e ait karakteristik pikler gözlemlenmiştir. UV-Vis analizinde, UV-vis spektrumunun Tauc çiziminden bant aralığı enerjisi (EG) Fe3O4 için 2,37 eV dolaylı bant aralığı, Fe3O4/SiO2/ZnFe2O4 için 2,37 eV ve 2,54 eV olarak bulunmuştur. UVA ışık altında metil mavisinin fotokatalitik degredasyon süreci incelenmiştir.

Abstract:
Nano-sized core-shell structured materials are widely used in areas such as photocatalysis, biomedical applications, and drug delivery. The ones with magnetic core structure are frequently preferred in photocatalysis due to the ease of recovery of the powders. In this study, firstly, Fe3O4 magnetic ceramic powder synthesis was carried out by co-precipitation method. In order to increase their chemical stability, the surfaces of these synthesized powders, which will act as magnetic cores, are coated with a silica (SiO2) layer by sol-gel method. As the outermost layer of silica-coated magnetic powders, a zinc-containing structure is targeted.

According to XRD results, Fe3O4 and ZnFe2O4 phases with peaks close to each other were obtained. Since SiO2 did not peak, it was thought to be amorphous. In the SEM images, Fe3O4 nanoparticles were seen to have agglomerated and irregular shapes, while the powders obtained with the coating had a less agglomerated appearance. No foreign element was found in the EDS analysis. In the FT-IR analysis, characteristic peaks of Fe3O4, SiO2 and ZnFe2O4 were observed. In the UV-Vis analysis, the band gap energy (EG) from the Tauc plot of the UV-vis spectrum was 2.37 eV indirect band gap for Fe3O4, 2.37 eV and 2.54 eV for Fe3O4/SiO2/ZnFe2O4. The photocatalytic degradation process of methyl blue under UVA light was investigated.