Pd-bazlı plazmonik hidrojen sensörlerinin mezogözenekli metal oksit yapılar ile dayanımının arttırılması

Hidrojen ekonomisi, hidrojenin ana enerji taşıyıcısı olarak kullanıldığı, hidrojenin üretimi, kullanımı, depolanması ve tespiti gibi alt başlıklarını kapsayan sıfır karbon emisyonlu bir geleceği kurgulayan modeldir. Bu model, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılarak hidrojenin karbon salınımı yapılmadan üretilebilmesi, hidrojenli yakıt pillerinin kullanımıyla birlikte yan ürün olarak yalnızca su moleküllerinin çevreye salınması ve fosil yakıtlara nazaran üç kat daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olması gibi özellikleri ile birlikte fosil yakıtlara alternatif enerji kaynakları arasında oldukça büyük bir potansiyele sahiptir. Ancak hidrojen, havadaki konsantrasyonunun %4'ü aşmasıyla birlikte patlayıcı özelliğe sahip bir gazdır. Bu nedenle, olası hidrojen sızıntıların hızlı ve güvenilir bir şekilde tespit edilmesi, yani hidrojen sensörleri hidrojen ekonomisi için oldukça önemli bir role sahiptir. Son yıllarda paladyum bazlı plazmonik hidrojen sensörleri düşük hidrojen konsantrasyonlarında bile mükemmel tepki sürelerine sahip olmaları sebebiyle dikkat çekmektedirler. Paladyum metalinin atmosferik koşullarda hidrojeni ayrıştırabilmesi ve metalden metal hidrit fazına tersinir bir dönüşüm gerçekleştirebilmesi. Ve bu dönüşümünün ölçülebilir optik sinyaller ile takip edilebiliyor olsa da bazı dezavantajları bulunmaktadır. Hidrojen soğurulması/salınımı esnasında ortaya çıkan histerezis oluşumu, CO ile kurduğu güçlü kimyasal bağlar sonucu gerçekleşen sensör deaktivasyonu ve CO2, CH4 gibi moleküllere karşı gösterilmesi gereken seçicilik plazmonik hidrojen sensörleri için aşılması gereken zorluklardır. Literatürde bu zorlukların aşılabilmesi için paladyumun altın ve bakır gibi metaller ile alaşım oluşturulması ve bu alaşımların üzerine çeşitli polimerik (PMMA, PTFE) ince film kaplamaların uygulanması gibi çalışmalar mevcuttur. Tez kapsamında gerçekleştiren çalışmalarda ise polimerik kaplamalardan esinlenilerek farklı ortam koşullarında uzun süre bozunmayacak bir koruyucu tabaka oluşturularak plazmonik hidrojen sensörlerinin dayanımının arttırılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ise öncelikle literatürde histerezis oluşumunun gözlemlenmediği birçok kez gösterilmiş Pd70Au30 nanodiskler hole-mask kolloidal litografi tekniği kullanılarak fabrike edilmiştir. Sonrasında is sol-jel tekniği kullanılarak öncül madde/yüzey aktif madde, kalsinasyon sıcaklığı/süresi ve kaplama süresi/hızı gibi birçok parametre ile yapı kontrolünün sağlanabildiği farklı ortam koşullarına dayanıklı düzenli kristal yapıya sahip mezogözenekli SiO2 sentezi gerçekleştirilmiş ve döndürerek kaplama (spin coating) tekniği ile fabrike edilmiş nanodisklerin üzerine ince film oluşturulmuştur. Son olarak, fabrikasyonu gerçekleştirilen sensörler için bir adet test reaktörü, gaz akış kontrolü ve sinyal analizi için iki adet yazılım farklı disiplinlerden öğrenci arkadaşlarımla gerçekleştirmiş olduğum ortak çalışmalar sonucu ortaya çıkarılmış ve performans testleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen test sonuçlarında ise hazırlanan mezogözenekli SiO2 ince filminin sensörü CO moleküllerine karşı dayanıklı hale getirdiği, hidrojene karşı verilen tepki süresinin düşürüldüğü ve plazmonik hidrojen sensörlerinin CO2 ve CH4 moleküllerine karşı seçicilik özelliklerine sahip olduğu gösterilmiştir.