The Effect of Water Content on TiO2 nanotube Formation by Anodic Oxidation

Öz

In this thesis, TiO₂ nanotube arrays (TND) were grown on titanium foil using anodic oxidation (anodization) method. To understand the effect of water in the electrolyte, different amounts of water were added to the TiO₂ nanotube arrays. The crystal structure and surface morphology of the obtained TiO₂ nanotube arrays were examined by XRD and SEM techniques. Photo-electrocatalytic activities and electrochemical impedance spectra (EIS) of TNDs grown in electrolytes containing different water additives were investigated. As the amount of water in the electrolyte increased, the nanotube morphology deteriorated, but the crystal structure improved. Furthermore, as the water additive increased, TNDs showed better photo-electrocatalytic performance. In direct proportion to this, it was observed that the load transfer resistance on the surface of the TND decreased as the water contribution increased.

Anahtar Kelimeler

• Anodization,TiO2,Nanotube,photo-electrocatalysis

Anodik Oksidasyon ile TiO2 Nanotüp Oluşumuna Su Katkısının Etkileri

Öz

Bu tez çalışmasında, anodik oksidasyon (anodizasyon) yöntemi kullanılarak, TiO₂ nanotüp dizileri (TND) titanyum folyo üzerine büyütülmüştür. TiO₂ nanotüp dizilerine, elektrolit içindeki suyun etkisini anlamak için, çözeltilere farklı miktarlarda su eklenmiştir. Elde edilen TiO₂ nanotüp dizilerinin kristal yapısı ve yüzey morfolojisi XRD ve SEM teknikleri ile incelenmiştir. Farklı su katkıları içeren elektrolitlerde büyütülen, TND’lerin foto-elektrokatalitik aktiviteleri ve elektrokimyasal empedans spektrumları (EIS) incelenmiştir. Elektrolit içerisindeki su miktarı arttıkça nanotüp morfolojisi bozulmuş fakat kristal yapısı iyileşme gözlemlenmiştir. Ayrıca, su katkısı artıkça, TND’ler daha iyi foto-elektrokatalitik performans göstermiştir. Bununla doğru orantılı olarak, su katkısı arttıkça TND’lerin yüzeyindeki yük transfer direncinin azaldığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Anodizasyon,TiO2,nanotüp,foto-elektrokataliz

Kaynakça

1. Çırak, Ç. (2016) “Güneş Pili Uygulamalarında Kullanılan Bazı Boyar Maddelerinin, TiO2 Nanotüpler Üzerine Adsorpsiyonun İncelenmesi”, BAP FEN-A-220114-0064, Erzincan, 4-6.
2. Demeestere, K., Dewulf, J. and Langenhove, H.V. (2007) “Heterogeneous Photocatalysis As an Advanced Oxidation Process For the Abatement of Chlorinated, Monocyclic Aromatic and Sulfurous Volatile Organic Compounds in Air: State of the Art”, Environmental Science and Technology, 762, 489-538.
3. Eden, Ç. (2019) “Farklı Sıcaklıklarda Sentezlenen TiO2/ZnO Nanokompozit Yapıların Karakterizasyonu ve Boya Duyarlı Güneş Pili Performanslarının İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzincan, 1-67.
4. Li, J., Wang, X., Jiang, H., Lu, X., Zhu, Y. and Chen, B. (2011) “New Strategy of Photodynamic Treatment of TiO2 Nanofibers Combined With Celastrol for HepG2 Proliferation in Vitro”, Nanoscale, 8.
5. Nisar, J., Topalion, Z., Sarkar, A.D., Österlund, L. And Ahuja, R. (2013) “TiO2-Based Gas Sensor: A Possible Apolication to SO2”, Applied Materials&Interfaces, 5(17), 8516-8522.
6. Regonini, D., Bowen, C.R., Jaroenworaluck, A. and Stevens, R. (2013) “A Review of Growth Mechanism, Structure and Crystallinity of Anodized TiO2 Nanotubes”, Material Science and Engineering: R: Reports, 74(12), 377-406.
7. Reddy, M.V., Rao, G.V.S. and Chowdari, B.V.R. (2013) “Metal Oxides and Oxysalts As Anode Materials For Li Ion Batteries”, Chemical Reviews, 113(7), 5364-5457.
8. Wang, Q., Chen, C., Liu, W., Gao, S. and Yang, X. (2016) “Recent Progress in All-Solid-State Quantum Dot-Sensitized TiO2 Nanotube Array Solar Cells”, Journal of Nanoparticle Research, 18(7).

9. Yang, L., Zhai, B., Ma, Q and Huang, Y.M. (2014) “Effect of ZnO Decoration on the Photovoltaic Performance of TiO2 Based Dye Sensitized Solar Cells”, Journal of Alloys and Compounds, 605, 109-112.
10. Zwilling, V., Darque-Ceretti, E., Boutry-Forveille, A., David, D., Perrin, M.Y. and Aucouturier, M. (1999) “Structure and Physicochemistry of Anodic Oxide Films On Titanium and TAV6 Alloy”, Surface and Interface Analysis, DOI:10.1002/(SICI)1096-9918 (199907)27:7 <629:: AID-SIA551>3.0.CO;2-0.
11. Xia, Y., Yang, P., Sun, Y., Wu, Y., Mayers, B., Gates, B., Yin, Y., Kim, F., Yan, H. 2003. “One-Dimensional Nanostructures: Synthesis, Characterization, and Applications”, Advanced Materials, 15, 353-389.
12. Yang, L., Zhai, B., Ma, Q., Huang, Y.M. 2014. “Effect of ZnO decoration on the photovoltaic performance of TiO2 based dye sensitized solar cells”, Journal of Alloys and Coumpounds, 605, 109-112.