PRODUCTION OF TITANIUM DIOXIDE THIN FILMS WITH IMPROVED PHOTOCATALYTIC ACTIVITY: THE USE OF BACTERIA AS 3D TEMPLATES
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2009
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: BURCU KOÇ HASKILIÇ
Eş Danışman: MEHMET PARLAK, GÜRKAN KARAKAŞ
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:TiO2, SnO2, and ZnO gibi geçiş metal oksit yarıiletkenler benzersiz kimyasal ve fiziksel özellikleri ile çok işlevli malzemeler olarak ilgi çekmektedir. Anataz yapıda olan TiO2 fotokatalizi sınır enerjisinden (385 nm) daha düşük dalga boyuna sahip UV ışıması ile uyarıldığında güçlü oksitleme potansiyeli oluşturur. Sentetik yöntemlerle elde edilen TiO2 örneklerinin fotokatalitik verimliliği bant aralığı, yüzey alanı, partikül boyu, kristal yapısı gibi bir çok faktöre bağlıdır. Son yıllarda fotokatalitik aktivitenin verimliliğini arttırmak için çok fazla çaba harcanmıştır. Oluşan yüklerin tekrar biraraya gelmesi, TiO2 malzemesinin düşük fotokatalitik verimliliğine sebep olan en önemli ikincil reaksiyonlardır. Kristal yapıdaki kusurlar ve safsızlıklar genellikle yüklerin tekrar bir araya geldiği bölgelerdir ve partikül boyutunun büyük olması da yüklerin bir araya gelme olasılığını arttırdığı için verimliliğin düşmesinde payı vardır. TiO2 malzemenin fotokatalitik performansı partikül boyutunu azaltarak veya yüzey alanın artırarak geliştirilebilir. Genel olarak daha iyi fotokatalitik aktiviteye ulaşmak için, tamamen birbirinden ayrılmış ince partikül olarak sentezleme ve cam, seramik veya tekstil malzemelerin yüzeyinde ince film olarak sentezleme yöntemlerinin her ikisi de uygulanabilir.Bu çalışma ile sol-gel metodu kullanılarak elde edilen koloidal yapıdaki çözeltiye daldırarak kaplama yöntemi kullanılarak camların üzerine gözenekli yapıda ve tamamen yüzeye yayılmış TiO2 ince filmler oluşturulmuştur. Esherichia coli bakterilerinin üç boyutlu şablon şeklinde kullanılması ile ince filmlerin yüzey gözenekliliği ve morfolojisi geliştirilmiştir. Bu amaç doğrultusunda sol-gel metodu kullanılarak hazırlanan TiO2 çözeltisi E. coli bakteri kültürü ile tamamen karıştırılmış ve ön temizleme işleminden geçirilen cam altlıklar, elde edilen bu çözeltiye daldırarak kaplama yöntemi yardımıyla kaplanmıştır. Örneklerin fotokatalitik etkinliği metilen mavisinin bozunma reaksiyonu ile test edilmiştir. Yüzey yapısını karakterize etmek için yüzeyin saf su ile yaptığı temas açısı ölçümleri, bant aralığı ölçümleri, yüzey alanı ölçümleri, AFM ve SEM analizleri yapılmıştır. Örneklerin 2-5o aralığında bulunan temas açısı ölçümleri filmlerin süper susever olduğunu göstermektedir ve bu özellikleri ile de filmler yüzeyde buharlaşmanın istenmediği alanlarda uygulama alanı bulabilirler. Örneklerin karşılaştırmalı yüzey alanı Langmuir soğurma izotermisi kullanılarak metilen mavisinin soğurganlık ölçümü ile hesaplanmıştır. Katalizlerin yüzey alanının E. coli konsantrasyonu ile orantılı olarak arttığı bulunmuştur ve hazırlanan örnekler arasında 1.71 oranında E. coli içeren filmin yüzey alanının en fazla olduğu gözlemlenmiştir (19.69 cm2/cm2). Ancak, en yüksek bozunma değeri 0.83 oranında TiO2 ve 1 oranında E. coli içeren ince filmlerde gözlemlenmiştir. Bu filmlerin verimliliği saf TiO2 ile kaplanan filmlerden 6 kat fazla iken aynı oranda E. coli eklenmesi ile elde edilen örneklerin yüzey alanı da 3.5 kat fazladır. Bu durum saydamlık ve yansıma gibi diğer fotokatalitik yüzey parametrelerinin önemini göstermektedir.