Demir yüzeyinin kendiliğinden oluşan silan ve fosfonik asit yüzey filmleriyle modifikasyonu
Modification of iron surface by silane and phosphonic acid self assembled monolayers
Yazar: KEZBAN AYKUT
Danışman: PROF. DR. AYSEL YURT
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışmasında, üç silan (hekzil triklorosilan, undesil triklorosilan ve hekzil silan) ve üç fosfonik asit türevlerinin (1-amino hekzil fosfonik asit, undesil fosfonik asit ve hekzil fosfonik asit) demir yüzeyinde kendiliğinden oluşan tek tabakalarının (SAM) hazırlanması, karakterizasyonu ve özellikleri elektrokimyasal kuartz kristal mikroterazi (EQCM), potansiyondinamik polarizasyon (PP), temas açısı (CA), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS), atomik kuvvet mikroskobu (AFM) yöntemleri ile araştırılmıştır. Elde edilen deneysel veriler silan ve fosfonik asit moleküllerinin pasifleştirilmiş demir yüzeyine kimyasal adsorpsiyonu ile hidrofobik ve koruyucu tabakalar oluşturduğunu göstermiştir. Modifiye edilmiş ve edilmemiş demir yüzeylerinin 0,1 M H2SO4 çözeltisindeki davranışları incelenmiş ve çalışılan tüm moleküllerin demir yüzeyinde koruyucu bir bariyer tabaka olarak davrandığı bulunmuştur. Daldırma süresinin artışı ile silan SAM'lerinin koruma etkinliği ve hidrofobik karakteri yükselirken; fosfonik asit SAM'lerinin korozyon direnci ve hidrofobik özelliği azalmıştır. Sonuç olarak, SAM'lerinin oluşumunda adsorplanan silan ve fosfonik asit miktarının ve özelliklerinin moleküler yapıya ve daldırma süresine bağlı olduğu bulunmuştur.     
Moleküllerin metal yüzeyinde adsorpsiyonu ile oluşan SAM'lerin özellikleri ve moleküler yapı arasındaki ilişkiyi açıklamak için Gaussian 09 programı ile kuantum kimyasal hesaplamalar yapılmıştır. Deneysel veriler ile korele edilen teorik hesaplama sonuçları, adsorpsiyonun kimyasal mekanizma üzerinden yürüdüğünü ve SAM oluşumunda Cl, N gibi heteroatomların varlığının ve alkil zinciri uzunluğunun etkili olduğunu ortaya koymuştur. 
Ayrıca, SAM'lerin kalitesinin arttırabilmesi amacıyla hekzil amin (HA) molekülleri ilavesi ile karma SAM'ler hazırlanmıştır. Elde edilen veriler demir yüzeyinde HA moleküllerinin sadece hekzil fosfonik asit SAM yapısının hidrofobik karakterini ve asidik ortamda yüzeyi koruma derecesini yükselttiğini göstermiştir. 

Anahtar Kelimeler: Demir, kendiliğinden oluşan tek tabaka, silan, fosfonik asit, EQCM, korozyon.

Abstract:
In this study, preparation, characterization and properties of self assembled monolayers (SAMs) of three silan derivatives (hexyl trichlorosilane, undecyl trichlorosilane, and hexyl silane) and three phosphonic acid (1-amino hexyl phosphonic acid, undecyl phosphonic acid, and hexyl phosphonic acid) on iron surface have been investigated by electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM), potentiondynamic polarization (PP), contact angle (CA), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersed X-ray spectroscopy (EDS), atomic force microscopy (AFM). Obtained experimental data demonstrated that modification of metal by investigated molecules resulted in the formation of hydrophobic and protective layers by chemisorption of silane and phosphonic acid molecules on the surface of passivated iron. The corrosion properties of bare and modified iron surfaces were tested in 0.1 M H2SO4 solution. It was found that SAMs of all investigated compounds act as protective barriers. Corrosion protection efficiencies and hydrophobic properties of Si/SAMs increase proportionally with the time immersion increments, whereas, corrosion rates and hydrophilic character of PA/SAMs increase with increasing immersion time. Consequently, adsorbed amounts of phosphonic acids and silanes, and also the properties of prepared SAMs, were strongly influenced by immersion time and molecular structure.
In order to explain the relationship between the properties of SAMs, which are formed by the adsorption of molecules on metal surface, and molecular structure, quantum chemical calculations were performed by Gaussion 09 software. Correlation of quantum chemical calculations with experimental data revealed that the presence of heteroatoms such as Cl, N and alkyl chain length enhanced adsorption in SAM formation and molecules are adsorbed on the iron surface with chemical mechanism. 
In addition, mixed SAM's were prepared with the addition of hexyl amine (HA) molecules in order to improve the quality of SAM's. Obtained data showed that HA molecules on the iron surface increased the hydrophobic character of the only HPA/SAM structure and the degree of surface protection in the acidic environment.

Keywords: Iron, self assembled monolayer, silane, phosphonic acid, EQCM, corrosion.