Yarı iletken metal oksitlerin fotokatalitik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the photocatalytic properties of semi conductive metal oxides
Yazar: SÜREYYA DÖŞLÜ ÇETİNKAYA
Danışman: PROF. DR. NADİR DİZGE
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Gelişmiş oksidasyon prosesleri, geniş anlamda, su ve atık sudaki organik (ve bazen inorganik) materyalleri hidroksil radikalleri (·OH) ile reaksiyonu ve oksidasyon yoluyla uzaklaştırmak için tasarlanmış bir dizi kimyasal arıtma prosedürüdür. Bu yöntem, Ultra Violet veya görünür ışığı (visible) kullanılarak aktif hale getirilmiş bir yarıiletken ile atık sulardaki zararlı maddelerin bulundukları ortamda "parçalanarak" zararsız ürünlere (su, karbondioksit ve mineral tuzlar) dönüşmesini amaçlamaktadır. Özellikle bunlardan boyar madde molekülleri ve aromatik özellikli malzemeler görünür ışığı absorplayabilmektedirler. Yapılan çalışmalar atık su arıtımında fotokatalizör olarak Çinko Oksitin daha etkili olduğunu göstermiştir.
 Bu tez çalışmasında, Çinko Oksit yarıiletken fotokatalizörleri Bor elementi katkılaması uygulanarak, fotokatalitik özelliklerinin geliştirilmesiyle daha yüksek oranda ve tekrarlanabilirlikte karsenijonetilerin etkisiz bileşenlere çevrilmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmada kullanılan filmler kimyasal banyo depolama yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Depolanan %0.5, %1.5 ve %2 katkı oranlarında ki filmler, önemli kirleticilerden olan ve toksik özellik gösteren Metilen Mavi, Reaktif Kırmızı 180 organik boyaları ihtiva eden atık suların arıtımında Ultra violet ve görünür ışık altında test edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre UV-A ışıması altında %2 bor katkılı numune için giderim verimi %100 iken görünür ışık altında bu verim %6… olarak elde edilmiştir. Ayrıca bu filmlerin tekrar kullanılabilirlik testleri yapılmış ve %2 bor katkılı numune için 15 tekrar da bile filmlerde bozulma ve verim kaybı yaşamadığı belirlenmiştir. Yapısal karakterizasyon sonuçlarına göre, yapının wurzite kristal fazında altlıklar üzerine depolandığı belirlenmiştir. Morfolojik analizler neticesinde hekzagonal nano boyutlu çubukların film yüzeyini kapladığı görülmüştür. Optik bant boşluk enerjileri katkısız ve %2 bor katkılı numuneler için sırasıyla 3.15 eV ve 3.05 eV olarak hesaplanmıştır. Filmlerin aktivasyon enerji değerleri ev yapımı deney düzeneği ile sıcaklığa bağlı akım-gerilim ölçüm yöntemi ile belirlendi. Buna göre filmlerin düşük sıcaklık bölgesinde ki aktivasyon enerji değerleri 22meV ile 44meV arasında iken, yüksek sıcaklık bölgesinde 59meV ile 99meV arasında olduğu hesaplanmıştır.

Abstract:
Advanced oxidation processes (AOPs), in a broad sense, are a set of chemical treatment procedures designed to remove organic (and sometimes inorganic) materials in water and wastewater by oxidation through reactions with hydroxyl radicals (·OH). This method aims to transform harmful substances in wastewater into harmless products (water, carbon dioxide and mineral salts) by "decomposing" in the environment where they are present, with a semiconductor activated using Ultra Violet or visible light. In particular, dye molecules and aromatic materials can absorb visible light. Studies have shown that Zinc Oxide is more effective as a photo catalyst in wastewater treatment.
In this thesis, it is aimed to convert carsenijonits into harmless compounds with higher rate and reproducibility by improving their photocatalytic properties by applying Boron element doping of Zinc Oxide semiconductor photo catalysts. The films has fabricated using by Chemical bath deposition method. The films fabricated with additive ratios of 0.5%, 1.5% and 2% were tested under Ultra violet and visible light in the treatment of wastewater containing Methylene Blue, Reactive Red 180 organic dyes, which are important pollutants and show toxic properties. According to the results, while the removal efficiency was 100% for the 2% boron added sample under UV-A irradiation, this efficiency was 63% under visible light. In addition, the reusability tests of these films were made and it was determined that the films did not deteriorate and yield loss even after 15 repetitions for the 2% boron added sample. According to the structural characterization results, it was determined that the structure was deposited on the substrates the wurzite crystal phase. As a result of the morphological analysis, it was observed that the hexagonal nano-scaled rods covered the film surface. While the optical band gap energies were calculated for undoped and %2 boron doped samples as 3.15eV and 3.05 eV, respectively. The activation energy values of the films determined by the temperature dependent current-voltage measurement method using by homemade experimental setup. Accordingly, the activation energies of the films in the low temperature region were between 22meV and 44meV, while the activation energy calculated that it was between 59meV and 99meV in the high temperature region.