Kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle üretilen grafenin g-C3N4'ün fotoelektrokimyasal özelliklerine etkisi
Effect of graphene produced by chemical vapor deposition on the fotoelectrochemical properties of g-C3N4
Yazar: NİLAY KAÇAR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ANIK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Grafen = Graphene ; Karbon nitrür = Carbon nitride ; Katalizörler = Catalysts ; Nanomateryaller = Nanomaterials

Özet:
Son yıllarda artan temiz ve yenilenebilir enerji ihtiyacından dolayı güneş enerjisi kullanılarak farklı yapılarda fotokatalizörler üzerine çalışmalar yoğunlaşmıştır. Yarı iletken fotokatalizörler yenilenebilir ve sürdürülebilir hidrojen yakıtı üretimi, organik kirleticilerin bozunması, CO2 foto-indirgenmesi, foto-elektronik ve piller gibi birçok alandaki potansiyel uygulamaları nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Çeşitli fotokatalitik uygulamalarda kullanılan malzemeleri içerisinde, kimyasal olarak kararlı, düşük bant boşluğuna sahip (2,7 eV), ekonomik, basit yöntemlerle sentezlenebilen, görünür ışığın dalga boyunda (λ: 400 - 700 nm) aktif olan g-C3N4 gelecek vaat eden bir malzeme olarak ön plana çıkmıştır. g-C3N4' ün bu özelliklerinin yanı sıra düşük yük taşıyıcı hareketliliği, zayıf absosorbsiyon kabiliyeti, yüksek elektron-boşluk tekrar birleşme oranı ve düşük yüzey alanına sahip olması gibi özellikleri fotokatalitik etkinliğini sınırlandırmaktadır. Bu yüzden g-C3N4 yarı iletkeninin nanokompozit halinde sentezi, daha iyi yük transferi sağlamak ve fotokatalitik aktiviteyi geliştirmek için etkili bir yöntem olarak ortaya çıkmaktadır. 
Bu çalışmadaki amaç; g-C3N4' ün fotoelektrokimyasal özelliklerinin grafen/g-C3N4 nanokompozit yapısıyla geliştirilmesidir. Bu doğrultuda kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle sentezlenen grafen ile melamin karıştırılmış, termal yoğunlaşma yöntemiyle grafen/g-C3N4 nanokompozit sentezi gerçekleştirilmiş ve nanokompozitlerin çeşitli yapısal ve fotoelektrokimyasal karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir.
Elde edilen sonuçlar doğrultusunda çeşitli oranlarda sentezlenen nanokompozitler yığın g-C3N4 ile karşılaştırıldığında, nanokompozit yapıdaki grafen miktarı arttıkça optik bant aralığının daraldığı ve iletim bandı sınır potansiyelinin düştüğü görülmüştür. Grafen,  g-C3N4'ün ışık absorbsiyon kabiliyetini, elektriksel iletkenliğini ve yüzey alanını arttırarak fotokatalitik verimliliğini geliştirmektedir.

Abstract:
In recent years, due to the need for clean and renewable energy, studies have focused on solar energy photocatalysts in different structures. Semiconductor photocatalysts have attracted great interest due to their potential applications in many fields such as renewable and sustainable hydrogen fuel production, photo-electronics and batteries. Among the photocatalytic materials, g-C3N4, which has higher chemical stability and a low band gap (2.7 eV), can be synthesized by economical methods as the visible light active material. g-C3N4, however, has some features such as low charge carrier mobility, poor absorption ability, high recombination rate and low surface area that they limit its photocatalytic efficiency. Therefore, the synthesis of g-C3N4 semiconductor as in the form of nanocomposites is accepted as an effective method to improve its photocatalytic properties.
The purpose of this study was to improve the photoelectrochemical properties of g-C3N4 with the addition of graphene. In this direction, graphene, which was synthesized by chemical vapor deposition method, was mixed with melamine to get graphene/g-C3N4 nanocomposite by thermal condensation method and various structural and photoelectrochemical characterizations of nanocomposites were carried out.
The photocatalytic properties of the nanocomposites synthesized in various proportions were compared with those of pure g-C3N4 and it was observed that as the amount of graphene in the composite structure was increased, the nanocomposite optical band gap narrowed and the conduction band edge potential decreased. Overall result was that graphene improved the photocatalytic efficiency of g-C3N4 by increasing its light absorption ability, electrical conductivity and surface area.