Ce katkılı nanoyapılı ZnO filmlerinin sentezi ve fotokatalitik aktivitesi

Endüstriyel kaynaklı su kirliliği son yıllarda giderek ciddi bir sorun haline gelmektedir. Bu sorunu çözmek için alternatif bir süreç olarak yarıiletken fotokatalizörler tercih edilmektedir. Bunlardan ZnO fotokatalizörleri uygun maliyeti, doğada bol bulunması ve çevre dostu bir malzeme olması gibi özelliklerinden dolayı son zamanlarda atık su arıtımında umut vadeden bir katalizör olarak ön plana çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında ise ekonomik bir yöntem olan Ultrasonik Sprey Piroliz yöntemi (USP) ile üretilen katkısız ZnO ve ZnO:Ce (% 2, % 4, % 6, % 8) filmlerinde metilen mavisi (MB) boyasının bozunmasıyla fotokatalitik aktiviteleri belirlenmiştir. ZnO fotokatalizörüne (Gd, Sm, Ce ve Er vb.) gibi nadir toprak elementleri katkılanarak fotokatalitik aktivitenin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Nadir toprak elementlerinden biri olan seryum (Ce) katkısının filmlerin optik, yapısal, yüzey özellikleri ve fotokatalitik aktivitesi üzerine etkisi UV-Görünür spektrofotometri, spektroskopik elipsometri (SE), XRD, atomik kuvvet mikroskobu (AFM), alan emisyon tarama mikroskobu (FESEM) ve fotolüminesans spektrometresi (PL) kullanılarak araştırılmıştır. Filmlerin morfoloji analizlerinde Ce katkısı sonucunda kasımpatı (krizantem) benzeri nanoçiçek yapısı gözlenmiştir. Fotokatalitik uygulamalarda kullanılacak ZnO:Ce filmlerin yapısında oluşan tuzak seviyelerini belirlemek amacıyla fotolüminesans spektrumları alınmıştır. Sonuç olarak, ZnO:Ce filmlerinin fotokatalitik özelliklerinin, fotokatalizörün yüzey morfolojisine ve yüzey kusurlarına (çinko aradurum, oksijen boşlukları) bağlı olarak önemli ölçüde değiştiği tespit edilmiştir. Fotokatalitik aktivite ölçümleri, en yüksek bozunma verimi değerine sahip filmin % 8 Ce katkılı ZnO filmleri olduğunu göstermiştir. Tüm sonuçlar değerlendirildiğinde, Ce katkısının fotokatalitik aktivite uygulamalarında önemli bir etkisi olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: ZnO:Ce, Ultrasonik Sprey Piroliz Yöntemi, Fotolüminesans, Fotokatalitik.