Katmanlı perovskit oksitler ile fotokatalitik hidrojen üretimi

Fosil yakıtların çevre kirliliği üzerinde bilinen bir etkisi vardır ve gelecekte bu yakıtların olası bir kıtlığı söz konusudur. Bu nedenle ikame amaçlı daha temiz ve daha bol bulunan yakıtlar tercih edilebilir. Elektrolizden elde edilen çevre dostu ve gelecek vaat eden bir yakıt olan hidrojen bu amaca uygun güçlü bir adaydır. Güneş enerjisi yenilenebilir olduğundan, yarı iletkenler kullanarak suyun elektrolize edilmesi sürdürülebilir bir yaklaşımdır. Fotokatalitik su ayırma reaksiyonu, perovskit oksitler kullanılarak yapılabilir ve bu amaçla literatürde bulunabilecek birçok perovskit oksit malzeme örneği mevcuttur. Bu perovskit oksitler arasında, kimyasal kararlılıkları, ayarlanabilir morfolojileri ve düşük maliyetli öncül kimyasalları nedeniyle katmanlı perovskit oksitler öne çıkar. Literatürde sınırlı sayıda çalışma bulunan katmanlı perovskit oksitlerden olan Sr2TiO4 ve KCa2NaNb4O13 bu tezde hidrojen üretim oranları açısından incelenmiştir. Belirtilen moleküler yapılar, hidrojen evrim oranlarını belirlemek için hem katkılı hem de katkısız olarak incelenmiştir. Bir fotokatalizöre katkı maddelerinin eklenmesi, bant aralığı mühendisliği için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Yapılan çalışmada bakır ve nitrojen katkısının etkisi, bir yardımcı katalizör eklenmeden Sr2TiO4 için test edilmiştir. Soy metaller (Pt, Pd, Ru, Rh) KCa2NaNb4O13'e sonradan eklenmek yerine sentez sırasında katkılanmış ve hidrojen üretim hızları değerlendirilmiştir. Ayrıca, KCa2NaNb4O13'ün yüzey alanını arttırmak ve elektronik yapısını değiştirmek için proton değişim yöntemi kullanılmıştır. Özelliklerini değerlendirmek için bu malzemeler üzerinde yapısal analiz yöntemleri, optik ölçümler ve hidrojen evrim testleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre her iki malzeme de başarılı bir şekilde sentezlenmiş, bant aralığı değişimleri belirlenmiş ve katkılandırma ve proton değişim işlemleri sonrasında hidrojen üretim hızları artmıştır.