Synthesis and characterization of silver phosphate from lyotropic liquid crystalline mesophase template as a photocatalyst

Artan enerji ihtiyaçları ve çevre sorunları araştırma çalışmalarını yönlendirmektedir. Yıllar içinde, birçok yeni bileşik sentezlenmiştir ve aynı zamanda iyi bilinen bileşiklerin morfolojik kontrolü, enerji ve çevre sorunlarının çözümüne katkıda bulunmak için hedef olmuştur. Bunlardan birisi de daha verimli ve uygun bir foto katalizör bulunmasıdır. Son zamanlarda, Ag3PO4 görünür ışık altında foto oksidasyon işlemi için uygun bant aralığına sahip boya bozulması ve suyun hidrolizi için kullanılır olmuştur. Bununla birlikte, etkili bir foto katalizör olarak etkin bir şekilde kullanılması için çözülmesi gereken kararlılık ve yeniden kullanılabilirlik sorunlarına sahiptir. Bu nedenle, birçok araştırma grubu bu materyalin sentezi ve kararlılığı konularında çalışmaktadır. Bu tez çalışması, yüzey aktif madde:Ag(I):H3PO4 liyotropik sıvı kristalin mezofazlardan yararlanılarak mezogözenekli Ag3PO4 sentezine odaklanmıştır. Burada iki çeşit yüzey aktif madde (küçük, 10-lauryl ether, C12EO10 ve büyük pluronik triblok kopolimer, P123, HO(CH2CH2O)20-(CH(CH3)CH2O)70-(CH2CH2O)20H), iki faklı gümüş tuzu (AgNO3, GN and AgCF3SO3, AgOTf) ve iki farklı fosfat öncüsü (H3PO4 and LiH2PO4) kullanılmıştır. Çözeltiler ilk olarak yüzey aktif maddeyi su ya da etanol içerisinde çözüp, sonra stokiyometrik oranda gümüş nitrat ve fosforik asit eklenerek hazırlanmıştır. Homojen ve temiz bir çözelti elde etmek için az miktarda HNO3 eklenmiştir. HNO3 eklenmediği zaman, çözelti içerisinde oluşan sarı çökeltiler filtre ederek çözeltiden ayrılmıştır. XRD, SEM ve N2 tutma-bırakma tekniklerin sonuçlarına göre, bu çökenlerin büyük Ag3PO4 kristaller olduğu anlaşılmıştır. Filtre edilen çözelti ve normal asitli çözeltilerin sonuçları birbirleriyle karşılaştırıldığı zaman aralarında çok büyük farklılıkların olmadığı anlaşılmıştır. Sonuç olarak, az miktarda HNO3 eklenmesi bu sarı çökeltilerin oluşumunu durdurmuştur, bu nedenle diğer sentezlerde nitrik asit kullanılmıştır. Çözelti hazırlandıktan sonra cam slaytların üstüne çevirmeli kaplama ya da döküp kaplama yöntemleri kullanılarak ince ve kalın filmler hazırlanmıştır. Bu filmlerin düşük açıdaki kırınımları mezofazın oluşumunu desteklemiştir. Fakat, bu faz çok kısa bir zaman içerisinde yumuşak mezokristallerine dönüşmektedir. Bunu da XRD de düşük ve yüksek açıda oluşan kırınımlar bize göstermektedir. Daha sonraki adım ise mezogözeneklerin oluşması için kalsinasyon sıcaklığının belirlenmesi işlemidir. Bunun için 300˚C seçilmiştir, çünkü tüm yüzey aktif madde bu sıcaklıkta yanarak istenilen mezogözenekler elde edilir. Ancak istenilen gözenekler tüm madde de homojen olarak oluşmamaktadır. Bazı bölgeler de gümüş metali ve büyük Ag3PO4 kristalleri görülmektedir. Bu yüzden, bu sıcaklığı düşürerek gözlemlere devam edildi. Oda sıcaklığında oluşan yumuşak mezokristallerin düşük sıcaklıklar da Ag3PO4 oluşumunun gözlenmesi sayesinde, sıcaklık aralığının 70-150˚C arası olduğu belirlenmiştir ve bu sıcaklık aralığında farklı morfolojilerde gümüş fosfatların oluştuğu saptanmıştır. Bunlar Rhodamine-B (Rh-B) boyası kullanılarak boya bozulması deneyinde görünür ışık altında test edilmiş ve sonuçlar oldukça tatmin edicidir. Kararlılık sorunu için yüzey aktif maddede bulunan karbonları aktifleştirmek için yakma işlemini vakum altında yapılarak gümüş fosfatlar karbon ile kaplanmıştır. Son olarak, önceden oluşturulmuş mezogözenekli LiMPO4'ü (M = Mn, Co ve Ni) Ag3PO4'e dönüştürmek için katyon değişim yöntemi geliştirilmiştir. Üsteki maddelerden mezogözenekli Ag3PO4 elde edilmiştir, ancak LiCoPO4'ten elde edilenler görünür ışık altında boyanın ışıl bozunumunda en iyi sonucu verirken LiMnP04'ten elde edilenler neredeyse aktif değildir. Bu nedenle, bu gözlemlerin ayrıntılarını anlamak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır ve bu yöntemin yeni ufuklar açacağı ön görülmektedir. Foto katalizörün karalılık problemi için aktif karbon ve katyon değişim yöntemlerinin tanıtımı etkili bir çözüm olarak görünmektedir. Tüm sentez ürünleri ışıl bozunumu deneyinde test edilmiş ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Bu tez, mezogözenekli Ag3PO4'ün sentezlenmesinin, sistemdeki gümüşün davranışının ve katalizörün nasıl kararlı hale gelebileceği kısmını kısmi olarak açıklığa kavuşturmuştur.