Farklı yöntemlerle borofen sentezi, karakterizasyonu ve kararlılığının incelenmesi
Investigation of the synthesis, characterization, and stability of borophene using different methods
Yazar: SÜMEYYE ÇINAR
Danışman: DOÇ. DR. NEŞE KEKLİKCİOĞLU ÇAKMAK
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Borofen = Borophene ; Grafen = Graphene

Özet:
İki boyutlu (2B) malzemeler çok çeşitli uygulama alanlarına sahip olmaları nedeniyle son 
yıllarda oldukça ilgi çekmeye başlamışlardır. Bu malzemeler arasında Grafen esnek bir 
yapıya ve aynı zamanda mükemmel elektrik ve ısıl iletkenlik özelliklerine sahip olması 
nedeniyle bilim dünyasında oldukça ilgi çekmiştir. Uzun bir süre grafen ile yarışacak yeni 
bir malzeme keşfedilemezken 2015 yılında borofenin sentezlenmesi ile yeni ve 
mükemmel bir malzeme ortaya çıkmıştır. Borofen hegzagonal yapıda dizilmiş bor 
atomlarından oluşmuştur. Grafenden daha güçlü, daha esnek elektrokimya, nanosensör 
ve katalizör kimyasında devrim yaratacak potansiyele sahip bir malzemedir. Borofen ilk 
kez 2015 yılında moleküler ışın üst bırakımı (Molecular Beam Epitaxy - MBE) yöntemi 
ile tek katmanlı olarak sentezlenebilmiştir. Literatürde borofen sentezine yönelik başarılı 
olan az sayıda çalışma yer almaktadır. Bu çalışmalar incelendiğinde kimyasal buhar 
biriktirme (Chemical Vapor Deposition - CVD) ve MBE kullanılan çalışmalarda tek 
katmanlı borofen sentezlenebilmiştir. Borofen için yeni sentez yöntemleri araştırma 
halindedir. Yapılan bu yüksek lisans tez çalışmasında borofen saf bordan yola çıkılarak 
sonokimyasal eksfoliasyon yöntemi ile solvotermal reaktör kullanılarak ve Bor nitrür 
(BN) ve molibden disülfit den yola çıkılarak hibritlerinin sentezi şeklinde sonokimyasal 
eksfoliasyon ile ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. Borofen sentezi için uygulanan yöntemler 
son ürünün özelliklerini belirleme konusunda büyük rol oynamaktadır. Genel olarak, 
sonokimyasal yöntem ile sonikasyon süresine ve çözücü tipine bağlı olarak tek tabaka, 
iki tabaka, üç tabaka ve dörtlü tabaka malzeme sentezlenebilir. Çözücünün doğru seçimi 
ve doğru sonikasyon süresi etkileşimi ile büyük yanal boyutlara sahip tek katmanlı 
levhalar elde edilebilmektedir. Ancak çözücü iyi etkileşime girmezse, aynı sonikasyon 
süresinde dahi çok tabakalı yapılar ortaya çıkabilmektedir. Çok uzun süreli bir sonikasyon 
ise çok parçalanmalar sebebiyle borofen dots ların oluşumuna neden olabilmektedir. Bu 
nedenle, uygun çözücü seçimi ve sonikasyon süresinin optimizasyonu, borofen 
tabakasının oluşumu için önemli ve esastır. Bu parametrelerin optimizasyonu için 
çalışmada 5 farklı çözücü ve banyo tipi sonikatör (BluLab) ve prob sonikatör (Sonics & 
Materials Inc., USA) ile farklı sonikasyon zamanları kullanılmıştır. Ayrıca santrifüj 
aşamasında da farklı zamanlar ve hızlar denenerek santrifüj zamanı ve hızı da optimize 
edilmiştir. Sonokimyasal eksfoliasyon ile borofenin sentezi için çözücü cinsi ve 
sonikasyon sürelerinin optimizasyonu ile borofen başarı ile sentezlenmiştir. Ayrıca Bor 
nitrür (BN) ve molibden disülfit den çıkılarak yapılan sentez yönteminde ise 5 tabakadan 
daha az katmana sahip hibritlerin elde edildiği görülmüştür.

Abstract:
Two-dimensional (2D) materials have garnered significant interest in recent years due to 
their diverse application potentials. Among these materials, graphene has attracted 
considerable attention in the scientific community due to its flexible structure and 
exceptional electrical and thermal conductivity properties. For a long time, no material 
could rival graphene until the synthesis of borophene in 2015, which introduced a new 
and remarkable material. Borophene consists of boron atoms arranged in a hexagonal 
structure. It is stronger and more flexible than graphene, with the potential to 
revolutionize electrochemistry, nanosensors, and catalysis. Borophene was first 
synthesized as a monolayer in 2015 using the Molecular Beam Epitaxy (MBE) method. 
Successful studies on borophene synthesis are limited in the literature, with Chemical 
Vapor Deposition (CVD) and MBE methods achieving monolayer borophene synthesis. 
New synthesis methods for borophene are under investigation. In this master's thesis 
study, borophene was synthesized separately using the sonochemical exfoliation method 
starting from pure boron and using a solvothermal reactor, as well as the synthesis of its 
hybrids starting from boron nitride (BN) and molybdenum disulfide (MoS₂) through 
sonochemical exfoliation. The methods applied for borophene synthesis play a crucial 
role in determining the properties of the final product. Generally, sonochemical methods 
can produce single-layer, bi-layer, tri-layer, and four-layer materials depending on the 
sonication time and type of solvent used. Correct solvent selection and appropriate 
sonication time can yield large lateral dimension monolayer sheets. However, poor 
solvent interaction can result in multi-layer structures even with the same sonication 
duration. Excessively long sonication can lead to the formation of borophene dots due to 
extensive fragmentation. Therefore, optimizing solvent selection and sonication time is 
essential for borophene layer formation. This study used five different solvents and 
various sonication times with a bath-type sonicator (BluLab) and a probe sonicator 
(Sonics & Materials Inc., USA) for optimization. Additionally, centrifugation times and 
speeds were optimized by experimenting with different durations and speeds. Through 
the optimization of solvent types and sonication durations, borophene was successfully 
synthesized via sonochemical exfoliation. Moreover, the synthesis method starting from 
boron nitride (BN) and molybdenum disulfide (MoS₂) yielded hybrids with fewer than 
five layers.