Photocatalytic hydrogen production over ionic liquid coated semiconductors

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Boğaziçi Üniversitesi, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2021

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: ELİF CAN

Danışman: RAMAZAN YILDIRIM

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tez çalışmasının amacı fotokatalitik hidrojen üretiminde kullanmak üzere boya ile duyarlılaştırılmış ve iyonik sıvı (IL) ile kaplanmış, aktif ve dayanıklı fotokatalizörler üretmek ve onu oluşturan parçaların hidrojen üretim hızına etkilerini incelemektir. Öncelikle, suyun fotokatalitik (PWS) ve fotoelektrokimyasal (PECWS) ayrıştırılması alanında literatürde bulunan deneysel sonuçlardan ve suyun IL içindeki çözünürlüğü ile ilgili ise DFT COSMO-RS kullanılarak oluşturulan üç farklı veri tabanı yapay öğrenme yöntemleri ile analiz edilmiştir. Bunun için birliktelik kuralları analizi (ARM), karar ağacı (DT), rassal orman (RF) ve derin öğrenme (DL) gibi yöntemler kullanılmış, analizler R ve Python ortamında yapılmıştır. PWS analizinde modellerin veriye yüksek uyumu, perovskitler ile yürütülen PWS deney sonuçlarının tahmin edilebilir olduğunu göstermiş, ancak verimi arttırmak için yaygın olarak uygulanan iyon doplama, eş-katalizör veya yapay donör kullanmanın istenildiği kadar etkili olmadığı ortaya konulmuştur. Suyun IL içinde çözünürlüğü DL ile başarılı bir şekilde tahmin edilebilirken, DT ile yapılan sınıflandırma çalışmaları da başarılı olmuştur; bu modeller suyun çözünürlüğü için iyonik sıvıların anyonik kısmına ait özelliklerinin daha belirleyici olduğunu göstermiştir. PECWS'de kullanılan yarı iletkenlerin enerji bant aralıkları yüksek doğruluk payı ile modellenmiş olsa da fotoakım yoğunluk değerleri iyi tahmin edilememiştir. Tezin deneysel kısmında ise, N719 boya ile duyarlılaştırılmış ve iyonik sıvı ([BMIM][BF4]) ile kaplanmış %1 Pt/TiO2'nin foto katalitik hidrojen üretimine sağladığı iyileştirme araştırılmıştır. Üretilen fotokatalizörlerin SEM-EDAX, CTEM, FTIR, XRD, UV-Vis ve elektrokimyasal analizleri yapılmıştır. İyonik sıvının hem fotokatalizör ve reaksiyon ortamı arasında daha iyi yük transferi sağlayarak hem de foton yoluyla üretilmiş e- ve deşiğin yeniden birleşimini engelleyerek verimi arttırdığı gözlemlenmiştir. İyileşme, IL ve N719'un birlikte kullanıldığı durumlarda daha yüksek olmuştur. Aynı deneyler %1 Pt/SrTiO3 katalizörü ile de yapılmış ancak tekrarlanabilir sonuçlar alınamamıştır. Son olarak reaktörün yapısal özellikleri ve çalışma koşullarına ait faktörlerin de (reaktördeki boşluk hacmi, gaz-sıvı ara yüzey alanı, taşıyıcı gaz debisi ve karıştırma hızı) hidrojen üretimi üzerinde etkili oldukları görülmüştür.