Fotokatalitik uygulamalar için yeni yarı iletken nano yapılar

Dünyada fosil enerji kaynaklarının hızla azalması ve karbon emisyonlarının artması, yenilenebilir, ucuz ve çevre dostu enerji kaynakları arayışlarına yol açmıştır. Güneş enerjisi, temiz, bol ve sürdürülebilir olması nedeniyle en çok araştırılan enerji kaynağıdır. Güneş enerjisini yarı iletken fotokatalizörler kullanarak doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren fotoelektrokimyasal su bölme çalışmaları 1972 yılından beri sürekli olarak araştırılmaktadır. Son zamanlarda, Çinko oksit (ZnO), çeşitli metal oksitler arasında fotokatalitik uygulamalar için en umut verici yarı iletkenlerden biri olarak ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada, yıldız şeklinde iki çinko bazlı fotoanot üretildi ve fotoelektrokimyasal (PEC) su ayırma performansı araştırıldı. Başlangıçta, PDA köprülü ZnO@PDA/CeO2 Z-şeması üçlü heteroeklem rasyonel olarak sentezlendi. Elektron transfer aracısı olarak PDA kullanıldı ve LED aydınlatma altında fotoelektrokimyasal performansı araştırılmıştır. ZnO@PDA/CeO2 üçlü heteroyapı yoğunluğu için fotoakım, karanlık koşullar altında (24 µA/cm2) elektron-delik çiftlerinin düşük ayrılması nedeniyle elde edildi. Ancak yeni Z-şema sistemi sayesinde bu oran LED (30 mW/cm2) ışınlaması altında yaklaşık on kat (251 µA cm2) artırılmıştır. İkinci çalışmada karbon içeren ZnO@MOF-5-C Z-şeması üçlü heteroyapılar üretildi. Bu yeni sentezlenmiş nanoparçacıkların fotoelektrokimyasal su ayırma verimi Xe (300mW/cm2) ışınlaması altında incelenmiştir. ZnO@MOF-5-C nanoparçacığı için fotoakım yoğunluğu, sırasıyla 2.50 V RHE'de (0.27 mA/cm2, 3.49 mA/cm2) karanlık ve aydınlık koşullar altında ölçülmüştür. Ayrıca, ZnO@PDA/CeO2 ve ZnO@MOF-5-C üçlü heteroeklemler içindeki Z-şeması yük transfer mekanizması, radikal süpürücüler ve yakalama deneyleri, X-ışını fotoelektron spektroskopi yöntemleri kullanılarak doğrulandı. Sonuçlarımıza göre, PDA ve N katkılı bir karbon tabakası, geliştirilmiş PEC hidrojen üretimi için fotojenere yük taşıyıcıların ayrılmasını ve pompalanmasını kolaylaştırdı. Anahtar Kelimeler Z-şeması heteroeklem, Elektron transfer katmanı, PDA, ZnO/ CeO2, N katkılı karbon tabakası, ZnO@MOF-5, Su ayırma, H2 üretimi