Hidrotermal yöntemle TiO2 içerikli nanoyapılı malzemelerin sentezi ve multifonksiyonel kullanımlarının araştırılması
Investigation of the synthesis and multifunctional use of TiO2 containing nano-structured materials by hydrothermal method
Yazar: GÜNAY GÖKTÜRK
Danışman: PROF. DR. FUNDA ATALAY ; DOÇ. DR. HARUN KAYA
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Kondansatör = Capacitor ; Metal oksitler = Metal oxides ; Nano yapı = Nano structure ; Sporopollenin = Sporopollenin

Özet:
Son zamanlarda, birçok ülkenin öncelikli araştırma konuları arasında, alternatif enerji kaynakları ve sistemleri üzerine araştırma ve geliştirme faaliyetleri yer almaktadır. Süperkapasitörler bu enerji ihtiyacını karşılayacak umut vaat eden yeni alanlardan biridir. Özellikle metal oksitler bu alanda oldukça ilgi çekicidir. TiO2 toksik olmayan ve birçok uygulaması bulunan eşsiz bir yarı iletkendir. Polen mikrokapsülleri üzerinde elde edilecek 3 boyutlu TiO2 metal oksit nanoyapılar ve bunların Ni ile katkılanmış olanları, bu tez kapsamında hidrotermal olarak üretilmiştir. Üretilen yapıların hem enerji teknolojileri alanında hem de fotokatalitik uygulamalarda kullanımı araştırılmıştır.
	İlk olarak Pistacia poleninden asidoliz yöntemi ile sporopolen ekzin kapsülleri (SEK) elde edilmiştir. Ardından, elektrot aktif malzemesi olarak kullanılmak üzere, SEK' ler TiO2, ve Ni-TiO2 ile hidrotermal yöntemle kaplanarak, içi boş 3 boyutlu küresel tozlar elde edilmiştir. Bu malzemeler süperkapasitör elektrodu olarak tasarlamıştır. Ayrıca hidrotermal yöntem kullanılarak, Ni foam üzerinde üç boyutlu polen içerikli elektrotlarında üretimi de sağlanmıştır. Ni foam üzerinde büyütülen yapılar,  hiç bir organik bağlayıcı ve iletkenlik artırıcıya gerek olmadan doğrudan elektrot olarak kullanıma izin verirken, ayrıca elektrokimyasal performanslarının toz elektrotlara göre çok daha iyi olduğu belirlenmiştir. Özellikle, TiSEK/NF-430 elektrot, 5 A/g sabit akımda 311.15 F/g' lık, Ni1TiSEK/NF-430 ise 20 A/g sabit akımda 733 F/g' lık maksimum spesifik kapasitans göstermiştir. Ayrıca -0.2 V ile +1.5 V potansiyel penceresinde, 20.000 dolma-boşalma çevrimi yapan, TiSEK/NF-430//AC asimetrik süperkapasitör aygıt tasarımı yapılmıştır.  
Fotokatalitik çalışmalarda, TiSEK' ler görünür ışık altında aktif değilken, UV altında foto aktif olduğu belirlenmiştir. Ni katkılanma ile birlikte, NiTiSEK' ler hem UV hem de görünür ışık altında foto aktif özellikte olduğu bulunmuştur.
Anahtar Keelimeler:metal oksit; süperkapasitör; sporopolen; nanoyapı; fotokataliz

Abstract:
Recently, research and development activities on alternative energy sources and systems are among the priority research topics of many countries. Supercapacitors are one of the promising new areas to meet this energy need. Especially metal oxides are very interesting in this field. TiO2 is a unique non-toxic semiconductor with many applications. 3D TiO2 metal oxide nanostructures to be obtained on pollen microcapsules and their Ni doped ones were hydrothermally produced within the scope of this thesis. The use of the produced materials in the field of energy technologies and in photocatalytic applications have been  investigated. 
First, sporopolen exine capsules (SEK) were obtained from Pistacia pollen by acidolysis method.  Then, to be used as electrode active material, SEKs were coated with TiO2 and Ni-TiO2 by hydrothermal method and hollow 3D spherical powders were obtained. These materials were designed as supercapacitor electrodes. In addition, 3D pollen-containing electrodes on Ni foam were produced by using the hydrothermal method. While the structures grown on Ni foam allow direct use as electrodes without the need for any organic binders and conductivity enhancers, it has also been determined that their electrochemical performance is much better than powder electrodes. In particular, the TiSEK/NF-430 electrode showed a maximum specific capacitance of 311.15 F/g at a constant current of 5 A/g, while the Ni1TiSEK-430/NF showed a maximum specific capacitance of 733 F/g at a constant current of 20A/g. In addition, TiSEK/NF-430//AC asymmetrical supercapacitor device design, which makes 20,000 charge-discharge cycles in the potential window of -0.2 V to +1.5 V, was also carried out.
In photocatalytic studies, it was determined that TiPistSEKs were inactive under visible light, but photoactive under UV. NiTiSEK microcapsules formed by Ni doping were photoactive under both UV and visible light.
Keywords: metal oxide; supercapacitor; sporopollenin; nanostructure; photocatalysis