Grafen, BN, MoS2, TiS3 sentezi, karakterizasyonu ve suda çözünebilir grafen/boyar madde kompozitlerinin fotofiziksel özelliklerinin incelenmesi
Synthesis, characterization of graphene, BN, MoS2, TiS3 and investigation of photophysical properties of water-soluble graphene/dye composites
Yazar: GÖKHAN GÜVEN BATIR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ARIK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Bor nitrür = Boron nitride ; Molibden sülfür = Molybdenum sulfide ; İki boyutlu yapılar = Two dimensional structures

Özet:
Grafen, tek atom kalınlığındaki karbon nanomateryallerden biri olarak, üstün optik ve elektriksel özelliklerinden dolayı araştırmacılarda büyük ilgi uyandırmaktadır. Grafenin keşfinden sonra, bor nitrür (BN), titanyum trisülfür (TiS3), molibden disülfit (MoS2), tungsten disülfür (WS2) vb. sıra dışı elektronik özelliklere sahip iki boyutlu yeni tür materyaller de keşfedilmiştir. Boyar maddeler medikal ve teknolojik uygulamalarda sıklıkla kullanılan optik malzemeler olup bu materyaller ile boyar maddeler kullanılarak elde edilen nanokompozitlerin optiksel ve morfolojik karakterizasyonu,  optik sensörler, optoelektonik cihazlar gibi potansiyel uygulama alanları için büyük öneme sahiptir. Ksanten türevleri, geniş absorpsiyon ve floresans spektrumları, ışığa karşı dayanıklılıkları, in vivo çalışmalarda düşük toksisiteleri ve suda nispeten yüksek çözünürlük gibi birkaç karakteristik özelliklerinden dolayı nanokompozit eldesinde kullanılabilecek en iyi boyar maddeler arasında yer almaktadır.
Bu tez çalışmasında, ilk olarak mikromekaniksel yöntemle grafen, BN, MoS2 ve TiS3 sentezlendi ve boyut analizleri optik mikroskop, Raman ve AFM spektroskopisiyle gerçekleştirildi. Analizler sonucunda tek, iki ve çok tabakalı grafen, BN, MoS2 ile yaklaşık 1nm kalınlığında TiS3 sentezlendiği belirlendi. İkinci olarak, modifiye edilmiş Hummers yöntemiyle sentezlenen grafenden indirgenmiş grafen oksit (rGO) eldesi gerçekleştirildi. rGO ve ksanten türevi boyar maddeler (Rodamin 101, Floresin ve Eosin Y) ile sulu ortamda yeni kompozitler sentezlendi. Bu kompozitlerin morfolojik ve optiksel özellikleri; X-ışını kırınımı (XRD), Raman spektroskopisi, Fourier dönüşümü kızıl ötesi spektroskopisi (FTIR), UV-görünür spektroskopisi ve durgun-hal floresans spektroskopisi ile aydınlatıldı. Elde edilen kompozitlerin optik ve morfolojik özelliklerine rGO ve boyar madde konsantrasyonlarının etkisi incelendi. Kompozitlerin absorpsiyon spektrumlarında rGO miktarına bağlı olarak çeşitli değişiklikler (batokromik ve hipsokromik kayma, hipoktomik etki gibi) gözlendi. Ayrıca, kompozitlerde rGO miktarı arttırıldığında boyar maddelerin floresans şiddetlerinin etkili bir şekilde sönümlendiği belirlendi.

Abstract:
Graphene, as one of single-atom-thick carbon nanomaterial, has recently interested among researchers due to its superior optical and electrical properties. Graphene's high crystal, mechanical (E=1,0TPa), electrical, thermal (k=5000 Wm-1K-1) and optical (Optical Transmittance=% 97.7) properties have attracted the widespread attention of the researchers. After graphene discovering, boron nitride (BN), titanium trisulfide (TiS3),  molybdenum disulfide (MoS2), tungsten disulfide (WS2) etc. are a fundamentally new types of 2D electronic material exhibits extraordinary properties. Dyes are frequently used optical materials in medical and technological applications. Optical and morphological characterization of nanocomposites that is obtained by using these materials and dyes have great importance for potential applications such as optical sensors, optoelectronic  devices, etc. Xanthene derivatives are one of the best dyes used in obtaining nanocomposits since they have several characteristic features including large absorption and fluorescence, light resistance, low toxicity in-vivo, and relatively high solubility in water.
In this thesis, graphene, BN, MoS2 and TiS3 were synthesized using micromechanical method and their dimension analyzes were carried out by optical microscope, Raman and AFM spectroscopy. As a result of the analyzes, it was determined that single, double and multilayered graphene, BN, MoS2 and TiS3 with thickness of about 1 nm was synthesized.  
Secondly, reduced graphene oxide (rGO)was synthesized with modified Hummers' method. novel composites with rGO and xanthene derivative dyes (Rhodamine 101, Florescein and Eosin Y) were synthesized in an aqueous medium.  Morphological and optical properties of these composites was confirmed with X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), UV-visible spectroscopy and steady-state fluorescence spectroscopy. The effect of rGO and dye concentrations on optical and morphological properties of synthesized composites was investigated. Various changes (such as bathochromic and hypsochromic shift, hypochromic effect) were observed in the absorption spectra of the composites depending on the amount of rGO. Also, when amounts of rGO in composites was increased, the fluorescence intensities of dyes were influentially quenched.