Z-scheme assisted hydrogen production by photocatalyticwater splitting
Z-şeması destekli fotokatalitik su ayrışması ile hidrojen üretimi
- Tez No: 938283
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FATİH PİŞKİN, DOÇ. DR. BERKE PİŞKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hızlı sanayileşme ve nüfus artışıyla küresel ısınma ve enerji krizi, günümüzün en büyük sorunları arasında yer almaktadır. Fosil yakıtlar, dünya enerji tüketiminin %80'inden fazlasını karşılamakta, bu da düşük karbonlu enerji sistemlerine geçişi zorunlu kılmaktadır. Hidrojen enerjisi, sürdürülebilirliği ve temiz bir enerji taşıyıcı olması nedeniyle bu dönüşümde önemli bir rol oynayabilir. H2, doğada moleküler formda bulunmadığı için hidrojen içeren bileşiklerden üretilmelidir. Günümüzde hidrojen üretiminin %96'sı fosil yakıtlardan, yalnızca %4'ü elektrolizden sağlanmaktadır. Bu nedenle yeşil hidrojen üretiminde yenilenebilir kaynakların kullanımı önem taşımaktadır. Fotokatalitik su ayrıştırma, foton enerjisini yarı iletken bir fotokatalizör yardımıyla doğrudan hidrojene dönüştüren umut vaat edici bir teknolojidir. Ancak, fotokatalizörlerin ışık soğurma ve redoks kapasitesindeki sınırlamalar ve yük taşıyıcılarının yeniden birleşmesi verimi düşürmektedir. Bu sorunları aşmak için Z-şeması destekli heteroyapılar geliştirilmiş, bu yapılar yeniden birleşmeyi engelleyerek fotokatalitik aktiviteyi artırmıştır. Bu tezde, TiO2 ve g-C3N4 fotokatalizörlerinin fotokatalitik aktivitelerinin artırılması hedeflenmiştir. Ametal katkılama, heteroyapı oluşturma ve yapısal/optik karakterizasyonlar gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada, TiO2'ye %1, %3 ve 5% mol B, C, P, N ve S ametalleri sol-jel yöntemi ile katkılanmıştır. %1 C-TiO2, UV ışık altında 810 µmol·h-1·g-1 hidrojen üretim kapasitesiyle en iyi performansı göstermiştir. İkinci aşamada, g-C3N4'e %1, %3 ve %5 Cr eklenerek Cr2O3 ile heteroyapılar oluşturulması hedeflenmiştir. %5 Cr katkılı g-C3N4, 621 µmol·h-1·g-1 ile en iyi sonucu vermiştir. Üçüncü aşamada, %1 C-TiO2/g-C3N4-%5 Cr heteroyapıları sentezlenmiştir. Yapısal analizlerde Cr2O3 fazı gözlemlenmiş ve bant aralığı 2.70-2.90 eV olarak hesaplanmıştır. Fotokatalitik testlerde, %1 C-TiO2/g-C3N4-%5 Cr heteroyapıları UV ışık altında hidrojen üretmiş (900 µmol·h-1·g-1), ancak görünür ışıkta üretim sağlanamamıştır. AQE değerleri 254 nm'de %14.27, 365 nm'de %4.92 olarak hesaplanmıştır.
Özet (Çeviri)
Rapidly increasing industrialization and population have made global warming and energy crises one of the most serious problems of our time. Fossil fuels constitute a large part of world energy consumption, making the transition to low-carbon energy systems inevitable. Hydrogen energy can play a key role in this transformation as a clean and sustainable energy source. Since hydrogen does not naturally exist in molecular form, it must be extracted from hydrogen-containing compounds. Currently, 96% of hydrogen production is provided by fossil fuels, while only 4% is produced by electrolysis. This requires the utilization of renewable energy sources for green hydrogen production. Photocatalytic water splitting is an innovative process that directly converts photon energy into hydrogen via a semiconductor photocatalyst. However, the limited light absorption capacity and redox potential of photocatalysts, and the recombination of charge carriers negatively affect the efficiency. To address these challenges, Z-scheme-supported heterojunctions have been developed and these structures have increased the photocatalytic performance by preventing recombination. This thesis aims to enhance the photocatalytic activities of TiO2 and g-C3N4 photocatalysts through various modifications. Nonmetal doping into TiO2, heterostructure formation, and structural and optical characterizations were conducted. In the first stage, TiO2 was doped with B, C, P, N, and S using the sol-gel method. Among the samples, 1% C-TiO2 exhibited the highest hydrogen production capacity of 810 µmol·h-1·g-1 under UV light and was selected for further studies. In the second stage, g-C3N4 was combined with Cr2O3 by adding 1%, 3%, and 5% mol Cr. The 5% Cr-g-C3N4 sample showed the best performance, with a hydrogen production capacity of 621 µmol·h-1·g-1. In the third stage, heterostructures of %1 C-TiO2 and g-C3N4-%5 Cr were synthesized using the sol-gel and one-pot methods. Structural analyses confirmed the formation of a rhombohedral Cr2O3 phase, which decreased with increasing g-C3N4 content. Bandgap energies ranged from 2.70 to 2.90 eV for the heterojunction. This indicates the optimized energy levels in contrast to pristine materials. Photocatalytic hydrogen production tests showed that %1 C-TiO2/g-C3N4-%5 Cr heterojunctions produced hydrogen under UV light (average rate: 900 µmol·h-1·g-1) but not under visible light. AQE values were 14.27% under 254 nm and 4.92% under 365 nm light, demonstrating limited activity under visible light.
Benzer Tezler
- Design and optimization of compact vivaldi antenna with matching medium for microwave brain imaging applications
Mikrodalga beyin görüntüleme uygulamaları için eşleştirme ortamına sahip kompak vıvaldı antenin tasarımı ve optimizasyonu
CAFER UYANIK
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM AKDUMAN
- Development of Z-scheme nanocomposites for photocatalytic hydrogen production
Fotokatalitik hidrojen üretimi için Z-şeması nanokompozitlerin geliştirilmesi
ÇAĞLA ÜNAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
EnerjiMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH PİŞKİN
DOÇ. DR. BERKE PİŞKİN
- Novel semiconductor nano-structures for photocatalytic applications
Fotokatalitik uygulamalar için yeni yarı iletken nano yapılar
FATİH ARLI
Doktora
İngilizce
2022
EnerjiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiEnerji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KUROŞ SALİMİ
- Z-kaynak evirici temelli fotovoltaik güç üretim sistemi
Z-source inverter based pv power generation system
ZEYNEP MİNE ALÇİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERVET TUNCER
- Gombrowicz insanı
The Human of Gombrowicz
OSMAN FIRAT BAŞ
Doktora
Türkçe
2003
Batı Dilleri ve EdebiyatıAnkara ÜniversitesiBatı Dilleri ve Edebiyatları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. Ö. AYDIN SÜER