Photocatalytic nanocomposites for increased optical activity

Çevre kirliliği ile mücadele etmek için, fotokatalitik ayrıştırma fotokatalizör nanoparçacıklarının soğurdukları ışığın optik enerjisini redoks tepkimelerinde kullanılmak üzere kimyasal enerjiye çevirerek yüzeylerinin yakınındaki organik ve inorganik birikintilerin parçalamasını sağlar. Ancak, bu yarı-iletken metal-oksit nanoparçacıkların fotokatalitik etkinlikleri, yasak enerji aralıklarının sadece mor ötesi ışık tayfında optik soğurmaya izin vermesiyle sınırlanmaktadır. Başka bir sınırlama da bu nanoparçacıkların katı ince bir film içerisine sabitlendiklerinde toplam aktif yüzey alanındaki ciddi azalmaya bağlı olarak fotokatalitik etkinliklerinin ciddi bir şekilde düşmesidir. Fakat bu türden sabitlenmiş nanoparçacıklar endüstriyel uygulamalarda (örneğin, geniş çaptaki çevresel temizlenme ve geniş yüzeylerin kendiliğinden iç/dış temizlenmelerinde) çok daha caziptir. Bu konuları hedef alarak, bu tezde, sabitlenmiş TiO2 ve ZnO nanoparçacıklarının optik etkinlik eğrilerinin spektral davranışlarını ve zamanla olan gelişimlerini inceledik ve gösterdik. Optik etkinlikte nanoparçacık boyutunun etkisini çalıştık. Sabitlenmiş nanoparçacıkların boyutunun küçültülmesiyle fotokatalizde meydana gelen ciddi artışı ilk defa gösterdik. TiO2 ve ZnO nanokompozit filmlerinin herbiri için ayrı ayrı optimal uyarma koşullarını elde ettik. 7.3 J/cm2 uyarma yoğunluğundaki optik ışığa maruz tutulmaları neticesinde TiO2 nanoparçacıkları için %93 ve ZnO nanoparçacıkları için %55 maksimum optik geri kazanımlara ulaştık. TiO2 ve ZnO için maksimum optik geri kazanımları sırasıyla 310 nm ve 290 nm uyarılma dalgaboylarında elde ettik. Aynı optik uyarılma neticesinde ise, nanoparçacık içermeyen negatif kontrol gurubunda herhangi bir optik geri kazanım gözlenmedi. Bu spektral karşılaştırmalı çalışmalarımızda, diferansiyel optik geri kazanım ve fotokatalitik etkinlik arasında güçlü bir uyumluluk gözlendi. Yakın mor ötesi ve görünür bölge tayfında fotokatalitik etkinliğin artırılması için TiO2-ZnO nanoparçacıklarının tek bir kombinasyonunun aynı reçine içine entegrasyonunu önerdik ve deneysel olarak gösterdik. Bu alışılmamış yaklaşımla, 380 nm ve üzerindeki uyarılma dalgaboylarında, aynı toplam metal-oksit nanoparçacık konsantrasyonuna sahip sadece TiO2 ve sadece ZnO nanokompozit filmlerine nazaran daha yüksek değerlerde fotokatalitik etkinlik gözlemledik. Sadece TiO2 içeren nanokompozit film için %14 ve sadece ZnO içeren nanokompozit film için %3 optik geri kazanım değerlerinin elde edildiği görünür bölge 400 nm uyarılma dalgaboyunda TiO2-ZnO nanoparçacık kombinasyonuyla aynı şartlarda %30 civarında optik geri kazanım sağladık. TiO2-ZnO fotokatalitik sinerji etkisi sayesinde tek tip nanoparçacık filmlerinin optik etkinliğinin fotokatalizör kullanılmayan kontrol filminin sıfır tabanına yakın olduğu 440 nm uyarılma dalgaboyunda dahi %20'lere varan optik geri kazanım elde ettik. İlk deneysel ispatı olan bu sonuçlar, TiO2-ZnO birlikte olduğu nanokompozit filmlerinin güneş ışığında verimli fotokatalitik çevresel temizlenme için kullanımını gösteriyor. Anahtar Sözcükler: Nanoparçacıklar, nanokompozit film, TiO2, ZnO; optik geri kazanım, mor ötesi, görünür bölge; fotokatalitik sinerji; fotokataliz, çevresel temizlenme.