TiO2 Esaslı Fotokatalitik Yüzeyler: Mekanizma ve Uygulama Alanları

Öz

Fotokataliz terimi ışık radyasyonu ile aktive olan reaksiyonları tanımlamaktadır. Günümüz endüstri dünyasında çevre kirliliğinin önemli bir sorun teşkil etmesi sebebiyle fotokataliz üzerinde yapılan araştırmalar gittikçe önem kazanmaktadır. Fotokatalitik yüzeylerin önemi anlaşıldıkça bu konu üzerine yapılan araştırmalar da artmıştır ancak TiO2 kaplamaların UV ışığına ihtiyaç duyması pratik açıdan bazı zorluklar doğurmuştur. Çeşitli elementlerin TiO2 yapısına ilavesi ile kaplamaların görünür ışıkta aktive olabileceği kanıtlanmıştır. Bu çalışmanın amacı; görünür ışık bölgesinde aktif olabilecek fotokatalitik TiO2 kaplamaları sol-jel yöntemi kullanılarak üretmektir. Bu amaçla farklı oranlardaki demir elementi TiO2 bünyesine eklenmiştir. Kaplama fazlarının fotoaktivite açısından önemli olması nedeniyle X-ışını difraktometresi (XRD) ile faz analizi yapılıp, kaplamaların morfolojileri taramalı elektron mikroskobunda (SEM) incelenmiştir. Kaplama öncesi özellikler DTA/TG cihazı ile tespit edilmiş ve yüzey kaliteleri atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kontrol edilmiştir. Bu gözlemlerden yola çıkarak ilave demir elementinin TiO2 bünyesine eklenmesi ile elde edilen kaplamaların özelliklerinin geliştiği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Fotokataliz
• Doplama
• Sol-Jel
• Titanyum Oksit.

TiO2 Based Photocatalytic Surfaces: Mechanism and Application Areas

Öz

The term photocatalysis describes reactions activated by light radiation. Research on photocatalysis is gaining more importance as environmental pollution poses a significant problem in today's industrial world. As the importance of photocatalytic surfaces has been understood, research on this subject has increased. Practically, the necessity of UV in order to create photocatalytic activity reveals difficulties. Related to these difficulties, addition some elements to the structure of TiO2, of which photocatalytic activity under visible light has been proved with studies before, is preferred. The aim of this study is to produce photocatalytic TiO2 coatings which can be activated under visible light by using sol-gel method. With this regard, Fe element was doped to TiO2. Because coating phases are important owing to photoactivity, X-ray diffraction method is used to analyse phases and the morphologies of the coatings were analysed by scanning electron microscope (SEM). Pre-coated properties were investigated by using DTA/TG device and the surface qualities were observed by using atomic force microscope (AFM). It was determined by evaluating these results that doped iron metal to the TiO2 structure causing to improve of the coatings.

Anahtar Kelimeler

• Photocatalysis
• Doping
• Sol-Gel
• Titanium Oxide

Kaynakça

1. Akman, Beyza, et al. (2021). "Gıda ve Sağlık Uygulamaları İçin UV-A Işıma Altında Alternatif Bir Fotokatalizör Olarak: Doğal Melanin Nanoparçacıkları." Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 32: 940-946.
2. Altıntaş Yıldırım, Ö., Gökçe, İ., Yıldırım, M. C., Ünalan, H. E., Sönmezoğlu, S., & Öztürk, T. (2019). Yeni nesil Zn2SnO4–GO–M (M: Mn, Co) foto katalizör kompozit yapıların sentezi, karakterizasyonu ve antibakteriyel özelliklerinin incelenmesi: 101-123.
3. Bulut, M., and Birben, Ü. (2019). "AB Su Çerçeve Direktifinin Türkiye’de su kaynakları yönetimine etkisi." Turkish Journal of Forestry 20.3: 221-233.
4. Dalkılıç, Feride. (2022). Gözenekli cam üzerine immobilize edilmiş nadir toprak iyonu katkılı TiO2 ile sulardan boyar madde giderimi. MS thesis. Konya Teknik Üniversitesi: (17-35)
5. Dewi, Yolanda. (2019). Sintia. Sintesis dan karakterisasi fotokatalis TiO2 mesopori terdoping galium (III) dengan variasi konsentrasi dopan Ga3+ menggunakan metode sonikasi. Diss. Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim, 103-120.
6. Dutta, Vishal, et al. (2021). "An overview on WO3 based photocatalyst for environmental remediation." Journal of Environmental Chemical Engineering 9.1: 105018.
7. Guo, Qing, et al. (2019). "Fundamentals of TiO2 photocatalysis: concepts, mechanisms, and challenges." Advanced Materials 31.50: 1901997.
8. Güner, Eda KELEŞ. (2023). "Kobalt Ferrit Nanoparçacıkların Sentezi, Karakterizasyonu ve Fotokataliz Uygulamaları: Farklı Çöktürücü Maddelerin ve Yöntemlerin Etkisi." Journal of the Institute of Science and Technology 13.1: 432-447.

9. Huang, Zhuquan, et al. (2021). "Insight into the real efficacy of graphene for enhancing photocatalytic efficiency: a case study on CVD graphene-TiO2 composites." ACS Applied Energy Materials 4.9: 87558764.
10. İzgi, Mehmet Sait, et al. (2020). "Etkili Aktif Karbon Destekli Cds Fotokatalizörlerin Fotokatalitik Uygulamaları." Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 9.2: 662-670.
11. Liu, Xiangyu, et al. (2021). "Hollow CdS-based photocatalysts." Journal of Materiomics 7.3: 419-439.
12. Magdalane, C. Maria, et al. (2021). "Synthesis and characterization of TiO2 doped cobalt ferrite nanoparticles via microwave method: Investigation of photocatalytic performance of congo red degradation dye." Surfaces and Interfaces 25: 101296.
13. Mohammed, Mustafa KA. (2020). "Sol-gel synthesis of Au-doped TiO2 supported SWCNT nanohybrid with visible-light-driven photocatalytic for high degradation performance toward methylene blue dye." Optik 223: 165607.
14. Özdoğan, Nizamettin, and Kadir Özdemir. (2019). "İçme suyu kaynaklarındaki trihalometan oluşumunun incelenmesi." Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 17: 776785.
15. Özgür, Cihan. (2021). "Dezenfeksiyon ünitesi risk analizi: içme suyu arıtma tesisi." Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 10.1: 16-22.
16. Pamela Luberty Sinaga, Sisi. Studi Pengaruh Rasio Dopan. (2021). Fe2O3 dan Temperatur Kalsinasi Terhadap Karakteristik Komposit TiO2/Fe2O3 sebagai Material Fotokatalis. Diss. Universitas Brawijaya.
17. Pant, Bishweshwar, Mira Park, and Soo-Jin Park. (2019). "Recent advances in TiO2 films prepared by sol-gel methods for photocatalytic degradation of organic pollutants and antibacterial activities." Coatings 9.10: 613.
18. Patial, Shilpa, et al. (2020). "Tunable photocatalytic activity of SrTiO3 for water splitting: strategies and future scenario." Journal of Environmental Chemical Engineering 8.3: 103791.
19. Vahl, Alexander, et al. (2019). "Pathways to tailor photocatalytic performance of TiO2 thin films deposited by reactive magnetron sputtering." Materials 12.17: 2840.
20. Wang, Yu-Hsiang, et al. (2020). "A review on the pathways of the improved structural characteristics and photocatalytic performance of titanium dioxide (TiO2) thin films fabricated by the magnetron-sputtering technique." Catalysts 10.6: 598.
21. Yaqoob, Asim Ali, et al. (2020). "Advances and challenges in developing efficient graphene oxide-based ZnO photocatalysts for dye photooxidation." Nanomaterials 10.5: 932.
22. Zhang, Xuqiang, et al. (2022). "Boron substitution enhanced activity of BxGa1− xAs/GaAs photocatalyst for water splitting." Applied Catalysis B: Environmental 300: 120690.