KCa2Nb3O10 katmanlı perovskit üzerinde fotokatalitik CO2 indirgeme ve su ayrıştırma için katkılama stratejileri

Küresel ısınma, sanayi öncesi dönemden bu yana gözlemlenen Dünya'nın yüzeyinin uzun vadeli ısınması olarak tanımlanır. Bu fenomen, başta fosil yakıt kullanımı olmak üzere insan faaliyetlerine dayanmakta ve artan dünya nüfusu ve endüstrileşme gibi çeşitli sonuçlarla birlikte atmosferde yükselen sera gazı seviyeleri ve yeşil alanlarda azalma gibi bir dizi etkiyi beraberinde getirmektedir. Dünyanın en kritik sorunu olan küresel ısınmanın ve buna bağlı iklim değişikliğinin negatif etkileri, her geçen gün daha da ciddi bir sorun haline gelmektedir. Araştırmacılar ve endüstri, CO2 emisyonlarını azaltma zorluğuyla başa çıkmak için iki temel yaklaşımı benimsemektedir. Öncelikle, üretim düzeyindeki CO2 emisyon sorunlarına çözüm bulma amacıyla, fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmak ve hidrojen enerjisi gibi alternatif enerji kaynaklarını araştırmak hedeflenmektedir. İkinci yol ise CO2'yi yararlı ürünlere dönüştürmektir. Son zamanlarda, fotokataliz, çevre dostu olması, daha basit kurulum, daha maliyet etkin ve daha ölçeklenebilir olma gibi özellikleri nedeniyle CO2'yi indirgeme ve sudan H2 üretme konularında popülerlik kazanmıştır. Ancak, fotokataliz sistemleri hakkında daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir. Fotokatalitik aktiviteyi artırmak için delik tutucuların kullanılması yaygın bir uygulama olmuştur, ancak perovskit fotokatalizörlerin 2D nanokatmanlarında delik tutucuların davranışı henüz keşfedilmemiştir. Fotokatalitik aktiviteyi artırmak için başka bir yol, fotokatalizörün yüzeyine yardımcı katalizör parçacıkları yerleştirmektir. Parçacıklar yüzeyde bulunduğundan, yalnızca yüzey atomları fotokatalitik reaksiyonlara etkin bir şekilde katılırken, iç atomların etkin olmaması, özellikle nüfuzlu metalleri içeren yardımcı katalizör parçacıklarının sürdürülebilirliği endişe kaynağı olabilir. Bu nedenle, bir fotokatalitik sistemin içinde tek atomlu yardımcı katalizörleri, yapı içinde dağıtmak önemlidir. İlk bölüm olan delik tutucu çalışması, 2D katmanlı KCa2Nb3O10 perovskit oksit nanokatmanları üzerinde, delik tutucuların fotokatalitik performansa etkisini mekanistik olarak incelemeyi amaçlamaktadır. Delik tutucular fotokatalitik sistemdeki, taşıyıcı dinamiklerini ve genel fotokatalitik verimliliği nasıl etkilediklerini gözlemlemek için kullanılmıştır. [Ca2Nb3O10]- perovskit nanokatman üzerinde delik tutucuların davranışını analiz etmek için fotoelektrokimyasal ve fotokatalitik deneyler yapılmıştır. İkinci bölüm, tek atom soy metal katkılı 2D katmanlı perovskitlerin fotokatalitik hidrojen üretim reaksiyonları için incelenmesidir. Tek atomlu soy metal katkılaması için soy metal olarak paladyum seçilmiştir. Pd'nin tek atomlu bir katkı maddesi olarak eklenmesi, fotokatalizörün elektriksel bant yapısını değiştirdiği gözlemlenmiştir. Bu, katkılama konsantrasyonuna bağlı olarak band aralığının daralmasına veya görünür spektruma kaymasını sağlamıştır. Ayrıca, fotokatalitik reaksiyonlar için aktif bir bölge olarak hizmet ederek, taşıyıcı yüklerinin transferini kolaylaştırmıştır. Pd katkısı, elektron-delik çiftlerinin rekombinasyon hızını azaltarak ve ek reaksiyon yolları sağlayarak, daha verimli bir yük kullanımı sağlamıştır. Son bölümde, tek atom rutenyum katkılı 2D katmanlı Dion-Jacobson tipi perovskit oksit KCa2Nb3O10 kullanılarak fotokatalitik CO2 indirgeme performansları ve fotokatalitik aktiviteler incelenmiştir. Ruthenium katkılamanın etkisini görmek için, fotoelektrokimyasal ve fotokatalitik olarak CO2 indirgenmesi incelemesi yapılmıştır. Fotokatalitik CO2 indirgenme aktivitesinin nanokatmanlı örneklerde daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Ana ürün olarak methanol ve ethanol elde edilmiştir. Bu çalışmada elde edilen bulgular, tek atom rutenyum katkılı 2D katmanlı Dion-Jacobson tipi perovskit oksit KCa2Nb3O10 fazının, CO2 indirgeme için umut vaat eden bir fotokatalizör olarak potansiyelini ortaya koymaktadır. Bu tez, CO2 emisyonlarıyla mücadele etmek ve daha yeşil bir gelecek oluşturmak için sürdürülebilir stratejiler geliştirmek adına önemli sonuçlar taşımaktadır.