N-tipi SnO2 nanofiberlerin üretimi ve fotokatalitik özelliklerinin geliştirilmesi

Fotokataliz, atıksuların ve hava kirliliğinin de içinde bulunduğu birçok çevresel soruna çözüm olabilecek önemli teknolojilerden birisi olarak kabul edilmektedir. n-tipi yarı iletken kalay dioksit (SnO2), yüksek oksidasyon özelliği sayesinde atıksulardaki organik kirleticilerin ve toksik kimyasalların giderilmesi gibi çeşitli fotokataliz uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, yüksek yüzey alanı, ışık ile etkileşebilme ve yüksek yük taşıyabilme kabiliyeti gibi avantajlarından dolayı nanofiber formunda SnO2 üretmek amacıyla elektro-eğirme yöntemi kullanılmış ve proses optimize edilmeye çalışılmıştır. Deneysel sonuçlar, farklı miktarlarda yapılan çalışmalar arasında 1,2 g Sn-kaynağı kullanımı ile elde edilen nanofiberlerin en uygun morfolojiye sahip olduğunu ortaya koymuştur. SnO2'nin yüksek fotokatalitik özellik göstermesini engelleyen geniş bant aralığına sahip oluşu, elektron-boşluk çiftlerinin yeniden birleşme ve yük taşıyıcıların zayıf ayrılma eğilimleri gibi sınırlamaların giderilmesi de bu tez çalışmasındaki diğer hususlardır. Bu sınırlamaları ortadan kaldırmak için; dar bant aralığına sahip geleneksel yarı iletkenlerden biri olan CuO parçacıkları, p-tipi elektriksel iletkenlik ve yüksek optik geçirgenlik gösteren delafosit CuCrO2 nanoparçacıkları ve son olarak da elektriksel kutuplanma özelliği sayesinde yük taşıyıcıların birbirinden ayrılmasını sağlayabilen perovskit PMN-PT (Pb(Mg,Nb)O3-PbTiO3) nanoparçacıkları üretilip, SnO2 nanofiberleri üzerine dekore edilerek heteroyapılı fotokatalizörler elde edilmiştir. Hem SnO2 nanofiberlerin hem de heteroyapılı malzemelerin yapısal, morfolojik, optik ve elektriksel özellikleri; XRD, SEM, TEM, XPS, UV-Vis ve Potansiyostat/Galvanostat elektrokimyasal sistemi kullanılarak incelenmiştir. Fotokatalitik aktivite, metilen mavisi (MM) boyası içeren atıksulardan boyanın giderim verimi ile belirlenmiştir. Heteroyapılı fotokatalizörlerdeki parçacıkların miktarındaki değişimin, fotokatalitik aktiviteye etkisi sistematik olarak çalışılmıştır. En yüksek fotokatalitik aktivite gösteren heteroyapıların sırasıyla ağırlıkça %0,35 CuO, %0,60 CuCrO2 ve %1,75 PMN-PT içeren kompozisyonlar olduğu belirlenmiştir. Fotokataliz deneyleri, metilen mavisi (MM) boya moleküllerinin bozunmasının; ağırlıkça %0,35 CuO, 0,60 CuCrO2 ve 1,75 PMN-PT dekore edilmiş SnO2 nanofiberleri için, SnO2 nanofiberleri ile kıyaslandığında sırasıyla %71, 41 ve 82 daha hızlı gerçekleştiğini göstermiştir. Tuzaklama deneyleri gerçekleştirilerek SnO2 nanofiberlerinde ve heteroyapılı fotokatalizörlerde, fotokataliz sürecinde aktif rol oynayan bileşenin boşluklar olduğu, süperoksit ve hidroksil radikallerinin etkisinin kısıtlı kaldığı ortaya konulmuştur.