Yalıtkan katkılı yarıiletken amonyak sensörleri için ftalosiyaninler
Phthalocyanines for semiconductor doped insulator ammonia sensors
Yazar: ZEYNEL ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. FABİENNE DUMOULİN
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Amonyak sülfürik asitten sonra dünyada en fazla üretilen ikinci kimyasal olduğu için, hava kalitesi açısından atmosferdeki miktarı sürekli olarak tespit edilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, geniş bir nem aralığında ve ortam koşulları sıcaklığında çalışılabilen NH3 sensörleri geliştirilmektedir. NH3'ün algılanmasında H2O girişimini önlemenin en etkili yollarından birisi MSDI (Molecular Semiconductor-Doped Insulator) tabanlı sensörleri kullanmaktır. Bu tez çalışması kapsamında, MSDI heteroeklemlerin optimizasyonu ve ITO (Indium Thin Oxide) modifikasyonu için farklı sübstitüentler içeren dimerik µ-nitrido demir ve nikel ftalosiyaninler sentezlenmiştir.
Üst tabaka (MS) modifikasyonu için düz zincirli ve hacimli gruplar içeren SR sübstitüe (R: bütil, izobütil, t-bütil ve hekzadesil) µ-nitrido demir alkiltiya ftalosiyaninler sentezlendi ve karakterizasyonları yapıldı. Alt tabakanın (DI) elektronik özelliğini ve iletkenlik tipini değiştirmek için elektron çekici SO2R ve elektron verici SR (R: hekzil) grupları içeren simetrik nikel ftalosiyaninler sentezlendi ve yapıları aydınlatıldı. MSDI cihazında iletkenlik elektrotlara temas eden alt tabaka ftalosiyaninde gerçekleştiği için, ftalosiyanin moleküllerinin ITO elektrotlar ile etkileşimlerini artırmak için tiyobenzoik asit ve fenoksibenzoik asit sübstitüe asimetrik AB3 tipi (A: S-hekzil, B: benzoik asit türevleri) nikel ftalosiyaninler tasarlandı. Benzoik asit grubu içeren AB3 tipi ftalosiyaninlerin çözünürlüğü çok az olduğu için saflaştırma işlemleri gerçekleştirilemedi. Çözünürlük problemini ortadan kaldırmak için ftalosiyaninlerin metil esterleri sentezlendi, saflaştırıldı ve metil grupları koparılarak benzoik asit sübstitüe ftalosiyaninler elde edildi.
Bu tezde µ-nitrido demir ftalosiyaninler MSDI amonyak sensör cihazında materyal olarak ilk defa kullanılmış ve ince film iletkenlik özellikleri incelenmiştir.

Abstract:
Since ammonia is the most produced chemical in the world after sulfuric acid, its concentrations in the air have to be measured continuously. Therefore, NH3 sensors are still being developed that can operate at broad ranges of humidity and temperatures. One of the most effective ways to prevent H2O interference during NH3 sensing is by using MSDI (Molecular Semiconductor-Doped Insulator) based sensors. Within the concept of this thesis, dimeric µ-nitrido diiron and nickel phthalocyanines bearing diffrent substituents have been synthesized for the optimization of MSDI heterojunction and modification of ITO (Indium Thin Oxide).
For the upper layer (MS) modification, µ-nitrido diiron alkylthio phthalocyanines bearing straight chain and bulky SR substituents (R: butyl, isobutyl, t-butyl ve hexadecyl) was synthesized and characterized. To change the electronic properties and conductivity type of the lower layer (DI), electron withdrawing SO2R and electron donating SR (R: hexyl) groups were implemented to symmetrical nickel phthalocyanines and their structures were identified. In the MSDI device, the conductivity occurs in the lower layer phthalocyanine that is in contact with the electrodes. Therefore, to improve the interaction between phthalocyanine molecules and ITO electrodes, thiobenzoic acid and phenoxybenzoic acid substituted asymmetrical AB3 (A:S-hexyl, B: benzoic acid derivative) type nickel phthalocyanines were synthesized. It has been observed that the solubility of AB3 type phthalocyanines bearing benzoic acid groups were too low therefore their purifications could not been done. To resolve the solubility issue, methyl esters of the phthalocyanines were synthesized and by severing the methyl groups benzoic acid substituted phthalocyanines were obtained. 
In this thesis, µ-nitrido diiron phthalocyanines were implemented for the first time in the MSDI ammonia sensor device and their thin film conductivity properties were studied.