Karbon tabanlı tek-tabaka filtre kullanarak suyun tuzdan arındırılmasının yoğunluk fonksiyoneli teorisi ile incelenmesi
Investigation of water desalination using carbon-based monolayer filter with density functional theory
Yazar: BUKET OK
Danışman: DOÇ. DR. FATİH ERSAN
Aydın Adnan Menderes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
: Bu tez çalışmasında gözenekli yapıya sahip karbon tabanlı 2D Kagome grafen malzemesinin suyun tuzdan arındırılması için uygun filtre olup olmadığı kuantum mekaniğine dayalı yoğunluk fonksiyoneli teorisi (YFT) yardımıyla araştırılmıştır. Literatürde bulunan çalışmalar, klasik moleküler dinamik hesaplama yöntemlerini kullanarak zaman içerisinde gözenekli yapıdan geçen su molekülü sayısını belirlemeye, basınç, sıcaklık gibi dış etkenlerin bu sayıya olan etkisini araştırmaya yöneliktir. Bu tez çalışmasında sadece YFT hesaplamaları kullanılarak, H2O molekülü, Na ve Cl atomlarının gözenekli yapı içerisinden difüz etmesi için gerekli olan bariyer enerjisi nudged elastic band (neb) yöntemi ile hesaplanmıştır. Sonuçlar, H2O molekülü için 1,10 eV iken bu değer Na atomu için 2,96 eV ve Cl atomu için 2,36 eV'tur. Böylece, literatüre suyu tuzdan ayırmada kullanılabilecek olan ve ileri çalışmaların yapılması için yeni iki boyutlu filtre malzemesi kazandırılmıştır. Ayrıca, H2O molekülü, Na ve Cl atomlarının karbon tabanlı 2D malzemelerine farklı tutunma bölgeleri üzerinden tutunma enerjileri hesaplanmış ve tercih edilen tutunma bölgesi belirlendikten sonra malzemedeki elektronik bant yapısı değişimi belirlenmiştir. Bu tez çalışmasında hedeflenen sonuçlara ulaşılarak literatüre yeni iki boyutlu, karbon tabanlı ve suyu tuzdan ayırmada kullanılabilecek nano filtreler kazandırılmıştır.

Abstract:
In this thesis, it was investigated whether the carbon-based 2D Kagome graphene material with a porous structure is a suitable filter for water desalination with the help of density functional theory (DFT) based on quantum mechanics. Studies in the literature are aimed at determining the number of water molecules passing through the porous structure over time by using classical molecular dynamics calculation methods, and investigating the effect of external factors such as pressure and temperature on this number. In this thesis, the barrier energy required for the diffusion of H2O molecule, Na and Cl atoms through the porous structure was calculated using the nudged elastic band (neb) method, using only YFT calculations. The results are 1.10 eV for the H2O molecule, while this value is 2.96 eV for the Na atom and 2.36 eV for the Cl atom. Thus, a new two-dimensional filter material, which can be used in separating water from salt and for further studies, has been introduced to the literature. In addition, the adsorption energies of H2O molecule, Na and Cl atoms to carbon-based 2D materials were calculated over different adsorption sites, and the changing of electronic band structure in the material was determined after the preferred adsorption site was determined. By reaching the targeted results in this thesis, new two-dimensional, carbon-based nano-filters that can be used to desalinate water from salt have been introduced to the literature.