Yüzeyi fonksiyonelleştirilmiş hibrit metal oksit nanoyapıların geliştirilmesi
Development of surface-functionalized hybrid metal oxide nanostructures
Yazar: MERVE İLGAR
Danışman: DOÇ. DR. SELCAN KARAKUŞ ; PROF. DR. AYBEN KİLİSLİOĞLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fiziksel Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Seryum oksit (CeO2) esaslı hibrit nanoyapılar, biyoteknolojide ilaç salım ve terapötik etki ile çevresel uygulamalarda fotokatalitik etki gibi farklı alanlarda çok fonksiyonlu nanomalzeme olarak ilgi görmektedir. Bu çalışmada, kimyasal çöktürme, termal ayrışma ve sonokimya-destekli yeşil yöntem kullanılarak sırasıyla kitosan (Cs), demir oksit (Fe3O4) ve bakır oksit (CuO) katkılı CeO2 hibrit nanoyapılarının sentezi üç farklı bölümde incelendi. Numunelerin tanecik boyutları, yüzey morfolojileri, kimyasal ve kristal yapıları SEM, TEM, FTIR ve XRD analizleri ile aydınlatıldı. Birinci bölümde ilaç salım kinetiği, ikinci bölümde singlet oksijen üretim kinetiği ve üçüncü bölümde fotokatalitik bozunma kinetiği UV-Vis spektrofotometresi kullanılarak incelendi. İlk bölümde CeO2 ve Cs katkılı CeO2'nin (CeO2/Cs) metotreksat (MTX) salımı üzerindeki etkisi araştırıldı. CeO2/Cs'nin CeO2'ye göre aynı sürede 5.3 kat fazla salım gerçekleştiği gözlemlendi. CeO2/Cs için farklı kinetik modellere uygulanan MTX salım sonuçları, Higuchi ve Bhaskar kinetik modellerine uyum sağladı. Böylece, MTX salımında CeO2/Cs'nin uygun bir inorganik nanotaşıyıcı olarak önerilebileceği sonucuna varıldı. İkinci kısımda, seryum oleat (Ce(Ole)3) ve demir oleat (Fe(Ole)3) başlatıcılarından farklı sıcaklıklarda termal ayrışma yöntemiyle oleik asit (OA) ile kaplı CeO2/OA ve Fe3O4/OA sentezlendi. Uygun sentez sıcaklığı belirlendikten sonra, 2:1, 5:1 ve 9:1 oranlarında Ce(Ole)3:Fe(Ole)3 kullanılarak, CeO2-Fe3O4 hibrit nanoyapılar (CF/OA-9, CF/OA-2 ve CF/OA-5) sentezlendi. Optimizasyonlar sonucunda istenilen yapıda elde edilen CF/OA-9'un 4.7 emu/g değerinde süperparamanyetik özellik gösterdiği ve oldukça kısa sürede singlet oksijen üretimini arttırdığı belirlendi. Son bölümde, CuO/ME ve CuO-CeO2 hibrit nanoyapıları (CC/ME), sonokimya-destekli yeşil yöntem ile maca ekstraktı (ME) kullanılarak sentezlendi ve bunların eosin Y (EY) üzerindeki fotokatalitik etkileri görünür ışıkta incelendi. CC/ME, sulu ortamda EY'nin %89 değerinde bozunmasını sağladı. EY'nin fotobozunması, konsantrasyon artışıyla doğrusal olarak azaldı ve artan pH ile hafifçe yükseldi. CC/ME tekrar kullanılabilirlik testleri sonucunda en az üç kez verimli bir şekilde kullanılabileceği gözlemlendi. CuO'nun CeO2'ye eklenmesi, sulu ortamda EY'yi bozarak çevresel uygulamalar için uygun bir fotokatalizör olduğu kanıtlanmıştır.

Abstract:
Hybrid nanomaterials based on cerium oxide (CeO2) are of great interest as multifunctional nanomaterials in various fields such as drug delivery and therapeutic effects in biotechnology, as well as photocatalytic effects in environmental applications. In this study, the synthesis of chitosan (Cs), iron oxide (Fe3O4), and copper oxide (CuO) additives on CeO2 hybrid nanomaterials was investigated in three different sections using chemical precipitation, thermal decomposition, and sonochemical-assisted green methods, respectively. The particle sizes, surface morphologies, chemical and crystal structures of the samples were clarified using SEM, TEM, FTIR, and XRD analysis. Drug release kinetics in the first part, singlet oxygen production kinetics in the second part and photocatalytic degradation kinetics in the third part were examined using UV-Vis spectrophotometer. In the first section, the effect of CeO2 and Cs-doped CeO2 (CeO2/Cs) on the release kinetics of methotrexate (MTX) was investigated. It was observed that CeO2/Cs had 5.3 times more release than CeO2 in the same period. MTX release results applied to different kinetic models for CeO2/Cs fitted Higuchi and Bhaskar kinetic models. Therefore, CeO2/Cs could be recommended as a suitable inorganic nanocarrier for MTX release. In the second section, CeO2/OA and Fe3O4/OA coated with oleic acid (OA) were synthesized by the thermal decomposition method at different temperatures using cerium oleate (Ce(Ole)3) and iron oleate (Fe(Ole)3) initiators. After determining the synthesis temperature, CeO2-Fe3O4 hybrid nanomaterials (CF/OA-9, CF/OA-2, and CF/OA-5) were synthesized using Ce(Ole)3:Fe(Ole)3 ratios of 2:1, 5:1, and 9:1, respectively. As a result of optimizations, CF/OA-9, which exhibited the desired structure, exhibited superparamagnetic properties with a value of 4.7 emu/g and increased singlet oxygen production in a very short time. In the final section, CuO/ME and CuO-CeO2 hybrid nanomaterials (CC/ME) were synthesized using the sonochemical-assisted green method with maca extract (ME), and their photocatalytic effects on eosin Y (EY) were examined under visible light. CC/ME achieved a degradation rate of 89% for EY in an aqueous medium. The photodegradation of EY decreased linearly with increasing concentration and slightly increased with increasing pH. CC/ME was observed to be efficiently reusable for at least three cycles in the reusability test. The addition of CuO to CeO2 has been proven to be a suitable photocatalyst for environmental applications, degrading EY in the aqueous medium.