Nanoyapılı ZnO filmlerin elektrokimyasal sentezi, Mn ve Al katkılama ve fotokatalitik etkinlikleri
Electrochemical synthesis of nanostructured ZnO films, Mn and Al doped and photocatalytic activities
Yazar: NUR KICIR
Danışman: PROF. DR. TUNÇ TÜKEN
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, elektrokimyasal çöktürme yöntemiyle morfolojik ve yapısal özellikler kontrollü bir şekilde değiştirilerek, çubuk, levha ve çiçek morfolojilerde nanoyapılı ZnO filmlerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, çeşitli destek elektrolitlerin (KCl, CH3COONH4 ve CH3COONa) morfoloji üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Morfolojiyi çubuk yapıdan levha ve çiçek yapıya dönüştüren mekanizma FE-SEM ve XRD analizleri yardımıyla aydınlatılmaya çalışılmış ve detaylı bir şekilde açıklanmıştır. ZnO nanoyapılı malzemelerin yasak enerji aralıkları, elektronik ve yüzey özellikleri sırasıyla UV-vis analizi, Mott-Schottky ve temas açısı ölçümleri yardımıyla belirlenmiştir. Elde edilen ZnO nanoyapılardan, yüksek katalitik aktivite sergileyen morfolojinin nanolevha olduğu, bu morfolojinin gün ışığını etkili şekilde toplama ve dağıtma avantajı sunabildiği belirlenmiştir. 
Ayrıca, daha yüksek etkinlik gösteren nanolevha yapılı ZnO filmlerin katalitik özelliklerini arttırabilmek için, bu yapıların üretimi sırasında sentez çözeltisi içerisine farklı derişimlerde Mn ve Al katkılar ilave edilmiştir. İlave edilen katkıların ZnO nanoyapıların morfolojik, kristalografik, optik, elektronik ve yüzey özellikleri ile bant yapısı üzerine etkileri detaylı olarak araştırılmıştır. Mn ve Al katkılama ile ZnO nanoyapıların enerji bant aralıklarının (Eg) 2.60 eV' a kadar düştüğü, elektronik ve kristalografik özelliklerinin iyileştirildiği belirlenmiştir. Bu özellikler, etanolün fotokatalitik parçalanması sırasında elektrotların etkinliği ile ilişkilendirilerek aydınlatılmaya çalışılmıştır. Sırasıyla, Al ve Mn katkılı ZnO nanoyapıların, katkısız ZnO nanoyapılara oranla çok daha yüksek fotokatalitik etkinlik gösterdiği sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this study, uniformity and reproducibility of well-defined nanostructured ZnO films were studied in different morphologies (rod, plate, flowers), by changing the critical parameters of electrochemical deposition method. For this purpose, the effect of various supporting electrolytes (KCl, CH3COONH4 ve CH3COONa) has been investigated. It was also studied and explained in detail, the mechanism of shifting the morphology from rod to plate to flower like structure of ZnO with the help of FE-SEM and XRD analyzes. The energy band gap (Eg) values, electronic and surface properties were determined by UV-Vis analysis, Mott-Schottky and contact angle measurements, respectively. It was found that the ZnO nanoplate morphology exhibiting high catalytic activity which can offer the advantage of effectively collecting and distributing sunlight (Light Harvesting Assembly).
Also, in order to increase the catalytic properties of nanoplate structured ZnO films, Mn and Al were added in the synthesis solution, at different concentrations during the electrodeposition. The effects of dopants on the morphological, crystallographic, optical, electronic properties and band structure of ZnO nanostructures were investigated in detail. It has been determined that the band gap (Eg) of ZnO nanostructures are decreased to 2.60 eV and their electronic and crystallographic properties are improved by doping Mn and Al. These properties have been tried to be elucidated by associating with the activity of the electrodes during the photocatalytic degradation of ethanol. The Al and Mn-doped ZnO nanostructures exhibit much higher catalytic activity than the pure ZnO nanostructures, respectively.