Tek yönde yönelmeye sahip anizotropik altın nanotel esaslı plazmon güçlendirilmiş kataliz platformları
Plasmon-enhanced catalysis platforms based on anisotropic gold nanowires with uni-directionality
Yazar: LEVENT KUBUŞ
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN DEMİREL ; PROF. DR. ERHAN BİŞKİN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Sunulan çalışmanın ana amacı, tek yönde yönlenmeye sahip anizotropik altın nanotellerin BK7 ve p-tipi silikon plakalar üzerinde eğik açı vakum biriktirme tekniği ile biriktirilmesi ve bu yüzeylerin plazmon güçlendirilmiş heterojen kataliz uygulamalarında kullanılmasıdır.Tez çalışmaları üç grupta toplanmıştır. İlk bölümde, kataliz platformlarını üretmek için kullanılacak substratlar öngörülen prosesler uygulanarak temizlenmiş ve daha sonra anizotropik altın nanoteller eğik açı vakum biriktirme tekniği ile üretilmiştir. Çalışmada farklı biriktirme açılarında ve tek bir kalınlıkta altın buharlaştırılmış ve platformlar üzerinde oluşan nanoyapılar taramalı elektron mikroskop (Scanning Electron Microscope, SEM) ve atomik kuvvet mikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) ile karakterize edilmiştir. BK7 ve p-tipi silikon plakalar üzerinde üretilen yönelimsel nanoyapıların eğim açıları, yoğunlukları ve yüzey pürüzlülükleri hesaplanmıştır. 5° biriktirme açısında üretilen anizotropik altın nanotel diziliminin eğim açısı 38° ± 4°, 10° için 62° ± 6° ve 20° için 76° ± 6° olarak hesaplanmıştır. 5° biriktirme açısında üretilen anizotropik altın nanotel diziliminin yoğunluğu 4.12 x 108 nanotel/cm2,10° için 5.84 x 108 nanotel/cm2 hesaplanmıştır. Ancak, 20° geliş açısında birbirinden ayrı nanotel oluşumu gözlemlenmemiştir. 5° biriktirme açısında üretilen nanofilmlerin RMS pürüzlülüğü 188,69 nm, 10° için 98,32 nm ve 20° için 39,79 nm olarak hesaplanmıştır.Çalışmanın ikinci bölümünde, tek yönde yönelime sahip anizotropik altın nanotellerin yönelimsel ıslanma davranışları, platformların farklı kimyasal son gruplara sahip hidrofobik tiyol molekülleri ile modifikasyonunu takiben değişik eğim açılarında ve değişen yönlenmelerde farklı hacimlerde deiyonize su kullanılarak incelenmiştir. Çalışmanın bu aşamasında elde edilen sonuçlar, altın nanoyüzeylerin ıslanma davranışlarının, yönelimsel nanoyapıların yüzey kimyalarına ve morfolojilerine doğrudan bağlı olduğunu açıkça göstermiştir.Üçüncü bölüm kapsamında, tek yönde yönelime sahip anizotropik altın nanoteller plazmon-güçlendirilmiş heterojen kataliz platformu olarak kullanılmıştır. Plazmonik özelliğe sahip nanoyapıların kataliz uygulamalarında kullanılabilirliğinin araştırılması amacıyla anizotropik altın platformlar akışkan bir sisteme entegre edilmiş ve 532 nm dalga boyuna sahip lazer ışık kaynağı kullanılarak o-nitroanilin molekülünün 1,2-benzenediamin'e katalitik olarak indirgenmeleri yönelimsel ve plasmon-güçlendirme ışığında analiz edilmiştir. En yüksek katalitik dönüşüm miktarı anizotropik yönde ve maksimum enerjilerde elde edilmiştir.

Abstract:
The main purpose of the presented work is to fabricate anisotropic gold nanofilm arrays on p-type silicon wafers and BK7 glass slides by using the technique namely oblique angle deposition and to employ them in the application of plasmon-enhanced heterogeneous catalysis.The presented thesis is composed of three main parts. In the first part, the surfaces, which were used as substrates, were carefully cleaned, and then anisotropic gold nanofilm arrays were fabricated via oblique angle deposition technique onto them. Anisotropic gold nanostructures were growth with varying tilt angles with a thickness of 100 nm. Subsequently, the deposited nanostructures were characterized by scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM). The tilt angles, densities and surface roughness of directional nanostructures, which were fabricated onto BK7 glass slides and type silicon wafers, were calculated. The tilt angles of gold nanostructures were measured from the cross-sectional SEM images and found as 38° ± 4° for ?= 5°, 62° ± 6° for ?= 10° and 76° ± 6° for ?= 10°, respectively. The gold nanorod densities were also calculated as 4.12 x 108 nanorods/cm2 for ?= 5° and 5.84 x 108 nanorod/cm2 for ?= 10°. However, we could not observe any separated gold nanorods in deposition angle of 20. The surface roughness of nanofilms were calculated as 188, 69 nm for ?= 5°, 98,32nm for ?= 10° and 39,79nm for ?= 10°, respectively.In the second part of the study, anisotropic wetting behaviors of deposited gold nanostructures were examined with varying tilt angles and directions using different amount of water droplets, after modified them with varying thiol molecules. The obtained results in this part of study have shown that wetting behaviors of gold nanosurfaces are directly dependent on surface chemistries and morphologies.At last, in the third part, the deposited anisotropic gold nanofilm arrays were used as a plasmon-enhanced catalysis platform. In order to investigate the catalytic ability of gold nanostructures, which possess plasmonic features, they were first integrated into a microfluidic system. Afterwards, catalytic conversion of o-nitroaniline molecules to 1, 2-benzenediamine was analyzed with varying directions under the stimulation of 532 nm light source. The highest amount of catalytic conversion was obtained in anisotropic direction and maximum energies.