Saf ve bakır katkılı nano-titanyum dioksitin alev aerosol yöntemiyle sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Son zamanlarda, katkılı titanyum dioksit nanopartiküllerinin uygulamaları araştırmacılardan büyük ilgi görmektedir. Özellikle enerji üretimi ve depolama, karbondioksit foto indirgeme, pigment üretimi ve su arıtma gibi araştırma alanlarında ümit verici sonuçlar elde edilmiştir. En büyük ilgi de, TiO2'in katkılandığında daha iyi fotokatalitik özellik göstermesinden kaynaklanmaktadır. Alev Sprey Piroliz (ASP), bu tezde de uygulanan, nano TiO2 üretim yöntemlerinden biridir. ASP operasyon parametreleri üretimin sonunda TiO2'nin morfolojisini, kristalliğini, optik özelliklerini ve kristal fazını etkiler. Bu tezde TiO2 ve 5 ve % 10 bakır katkılı TiO2 (Cu/TiO2), sinterlemeyi önlemek için kısa bir reaktörde kalma süresinde üretilmiştir. Ürünler X-ışını kırınımı (XRD), N2 adsorpsiyon-desorpsiyon analizi (BET), taramalı elektron mikroskobu (SEM), transmisyon ve yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobu (TEM / HRTEM) analizi, ve ultra viole-görünür-difüz yansıtma (UV-vis-DRS) ile karakterize edilmiştir.. Kristallik, morfoloji, parçacık boyutu dağılımı, yüzey alanı, kristal faz içeriği ve optik özellikler gibi özellikleri aydınlatılmıştır. Saf ve Cu katkılı TiO2'nin (Cu/TiO2) karakterizasyon sonuçları, daha fazla bakır eklenmesiyle artan yüksek yüzey alanına sahip çok küçük tane boyutlarında nanopartiküllerin üretildiğini göstermiştir. Rutil fazın baskın kristal faz olduğu bulunmuştur. TiO2'ye bakır ilavesinin uygulanan çalışma aralığında bant aralığını artırdığı görülmüştür. TiO2, 5 ve 10 % Cu/TiO2 için bant aralığı enerji değerleri sırasıyla 3.59, 3.79 ve 3.85 eV olarak bulunmuştur.

Recently, applications of doped titanium dioxide nanoparticles are getting lot of attention from researchers. Especially nano-sized structures have found their way in the most promising research fields such as energy storage and production, carbon dioxide photo-reduction, pigments manufacturing, and water purification. Biggest interest is due to the enhanced characteristics of titania with better photocatalytic activity when it is doped. Flame Spray Pyrolysis (FSP) is one of the manufacturing methods in the production of nano TiO2, which is applied in this thesis. Operating parameters affect the morphology, crystallinity, optical properties, and the crystal phase of TiO2 in FSP production. TiO2, and 5 and 10 % copper doped TiO2 (Cu/TiO2) have been manufactured in a short residence time to avoid sintering. The products were characterized by X-ray diffraction (XRD), N2 adsorption-desorption analysis (BET), scanning electron microscopy (SEM), transmission and high resolution electron microscopy (TEM/HRTEM) analysis, and ultra violet- visible- diffuse reflectance spectroscopy (UV-vis- DRS), in order to understand their characteristics such as crystallinity, morphology, particle size distribution, surface area, crystal phase content and optical properties. Characterization results of pure and Cu doped TiO2 showed that, fine nanoparticles had been manufactured with a high surface area that increased with adding more copper. Rutile phase was found to be the dominating crystal phase. It has also been found that adding copper to TiO2 increased the band gap for the manufactured products in this work. The band gaps energy values for TiO2, 5 % Cu/TiO2 and 10 % Cu/TiO2 were found as 3.59, 3.79 and 3.85 eV respectively.