Üç boyutlu anizotropik nanoyapılar yardımı ile plazmonik fotokataliz
Plasmonic photocatalysis with the aid of three dimensional anisotropic nanostructures
Yazar: GİZEM BAKIRCI DÜNDAR
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN DEMİREL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizikokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Son yıllarda araştırmacılar tarafından üzerinde yoğunlukla çalışılan konulardan biri olan fotokataliz; sürdürülebilir enerji üretimi, çevre kirliliği kontrolü ve küresel ısınma gibi önemli problemlerin çözümüne olanak sağlayacak bir çalışma alanıdır. Ancak fotokatalitik uygulamalarda kullanılan fotokatalizörler, özellikle yarı iletkenler, uzun süre kararlılık, düşük yük taşıyıcı hareketliliği ve yüksek aktivasyon bariyerinden dolayı bazı problemlere yol açmaktadır. Fotokatalitik uygulamalarda kullanılanılan geleneksel yarı iletken fotokatalizörlerin problemlerine çözüm olmasına yönelik olarak plazmonik özelliğe sahip nanoyapıların kullanımı fikri ortaya çıkmıştır. Gerçekleştirilen çalışmanın amacı, 3-boyutlu yönelimsel plazmonik nanoyapılar içeren platformların fotokatalitik uygulamalardaki kullanımı incelenerek sağladıkları üstünlüklükleri ortaya çıkarmaktır. Tez kapsamında ilk olarak; 3-boyutlu yönelimsel altın ve gümüş temelli nanoyapılar eğik açı biriktirme yöntemi kullanılarak silisyum wafer ve cam yüzeyler üzerine farklı kalınlık, yüzey yoğunluğu ve eğim açısı (β) ile elde edilmiştir. İkinci olarak, soy metal destekli elektrokimyasal aşındırma temelli olarak farklı uzunluklarda üretilen silisyum nanoteller, değişen yüzey yoğunluklarına sahip olacak şekilde altın ve gümüş nanoyapılar ile dekore edilerek fotokatalitik uygulamalarda kullanılmak için elde edilmiştir. Elde edilen tüm yapılar plazmonik fotokataliz uygulamalarında iki farklı şekilde incelenmiştir. İlk incelemede sürekli akış varlığında mikroakışkan sistemlere adapte edilen 3-boyutlu yönelimsel nanoyapılar farklı dalga boylarında  (532 nm, 655 nm ve 808 nm), farklı enerjilerde (0,05-2,0 W)  ve farklı yönlerde  (nanoyapının yönelimine göre paralel veya antiparalel şekilde) lazerler kullanılarak plazmonik yapının uyarılması sağlanmış ve aromatik nitro bileşiklerinin indirgenme reaksiyonları dikkate alınarak fotokatalitik reaksiyonlar incelenmiştir.

Abstract:
Photocatalysis is an active area of research with a potential of presenting a solution to critical problems such as sustainable energy production, the control of environment pollution, and even global warming. Unfortunately, traditional photocatalysts, especially semiconductors, have been suffering from inherent deficiencies in photocatalytic applications. The idea of using nanostructures with plasmonic properties has emerged as a solution to the problems of conventional semiconductor photocatalysts used in photocatalytic applications.The aim of the work is to reveal the superiority of 3D-orientated plasmonic nanowires-based platforms by examining their use in photocatalytic applications. In the context of this thesis, we have carried out the below stated steps; (1) 3-D anisotropic gold and silver based nanostructures were fabricated with the help of oblique angle deposition technique onto the silicon wafer and glass (BK7, SF10) surfaces having varying thickness, surface density, and angle of inclination (β). The obtained structures were characterized via TEM, XRD, spectroscopic ellipsometer and UV-vis spectrophotometer. (2) In the scope of thesis, vertically aligned silicon nanowires were separately produced with differnt lengths and were used in photocatalytic applications with the purpose of comparison by decorating with gold and silver nanostructures and in the way to possess changing surface density. (3) In the plasmonic photocatalysis applications two approaches were followed. Firstly, in the existence of continuous flow, with 3-D nanostructures, which were adapted to the microfluidic systems, by using lasers at different wavelengths (532 nm, 655 nm and 808 nm), energies (0.05 – 2.0 W), and directions (parallel or anti-parallel according to the nanostructure orientation) the excitation of plasmonic nanostructures were realized and as being photocatalytic reduction reaction of aromatic nitro compounds were examined as model reactions.