Graphene: Synthesis, characterization, properties and functional behavior as catalyst support and gas sensor
Grafen: Sentezi, karakterizasyonu, özellikleri ve katalizör desteği ile gaz sensörü olarak fonksiyonel davranışı
- Tez No: 962299
- Danışmanlar: PROF. DR. JÖRG J. SCHNEIDER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Technısche Unıversıtat Darmstadt
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Anorganik Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Anorganik Kimya Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Grafen, son birkaç yılda olağanüstü elektriksel, mekanik ve kimyasal özellikleri nedeniyle yoğun bilimsel ilgi görmüştür. Bu tamamen iki boyutlu (2B) malzeme, gelişmiş elektronik cihazlarda ve kompozit malzemelerde potansiyel uygulamalara sahiptir. Elektronik uygulamalar için gerekli olan büyük alanlı ve kusursuz grafenin üretilmesi zorlu bir süreçtir; buna karşın kataliz gibi uygulamalarda kullanılmak üzere nanoparçacıkların tutunmasına olanak sağlayan kusurlu grafenin gram ölçeğinde kütlesel üretimi gereklidir. Bu çalışmada, nikel katalizli ortam basınçlı kimyasal buhar biriktirme (APCVD) yöntemiyle birkaç katmanlı grafen sentezi, mikro Raman spektroskopisiyle yapılan uzamsal karakterizasyonu, p-tipi yarı iletken davranışı gösteren elektriksel karakterizasyonu ve düşük derişimlerde CO ile H₂ gazlarına karşı gaz algılama özellikleri rapor edilmiştir. Ayrıca, grafenin hem APCVD hem de düşük basınçlı CVD (LPCVD) yöntemleriyle bakır katalizör yüzeylerinde büyütülmesi gerçekleştirilmiştir. Metal katalizör kalınlığının ve CVD büyüme parametrelerinin (gaz derişimleri, büyüme süresi, soğuma etkisi vb.) grafenin katman sayısı ve kusur oranı üzerindeki etkileri ayrıntılı olarak incelenmiş ve grafen kalitesini eniyilemek amacıyla değerlendirilmiştir. Grafenin kimyasal sentezi, grafitin grafit okside (GO) yükseltgenmesi ve ardından indirgenmesi yoluyla gerçekleştirilmiştir. Yüksek derecede oksitlenmiş GO elde etmek için farklı sentez yöntemleri (Staudenmaier, Hummers, Modifiye Hummers ve Tour yöntemleri) karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Kimyasal olarak türetilmiş grafenin (CDG) kalitesini artırmak için çeşitli indirgeme teknikleri değerlendirilmiştir. Metal nanoparçacıklar (Au, Ni ve Pd) başarıyla CDG üzerine desteklenmiş ve Pd/CDG katalizörleri, amonyak boranın (AB) dehidrojenasyon ve hidroliz reaksiyonlarında kullanılmıştır. Ayrıca, metal oksit nanoparçacıkları — titanyum dioksit (UV destekli ve hidrotermal yöntemle), tungsten oksit (sonokimyasal yöntemle) ve çinko oksit (termal bozunma yöntemiyle) — başarıyla CDG üzerine biriktirilmiştir. TiO₂/CDG ve WO₃/CDG kompozitleri, UV ışığı altında metilen mavisinin (MB) fotoparçalanma reaksiyonlarında başarıyla uygulanmıştır. ZnO/CDG hibrit malzemelerin hidrojen gazına karşı algılama ölçümleri, oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıklarda (200°C ve 300°C) gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Graphene has attracted intense scientific interest due to its exceptional electrical, mechanical and chemical properties over the last couple of years. This strictly twodimensional (2D) material has potential applications in advanced electronic devices and composite materials. The challenge is to produce large area defect-free graphene necessary for electronic applications while bulk-production at gram scale of graphene with defects enabling anchoring sites for nanoparticles is required for applications like catalysis. Herein, we report the Ni-catalyzed ambient pressure chemical vapor deposition of (APCVD) synthesis of few-layer graphene, the spatial characterization of the fewlayered transparent graphene by micro Raman spectroscopy, its electrical characterization showing p-semiconductor behavior, as well as studies on the gas-sensing properties towards low concentrations of CO and H2. Moreover, APCVD and low pressure CVD (LPCVD) growth of graphene have been carried on Cu-catalyst surfaces. Effect of metal catalyst thickness and CVD growth parameters (concentrations of the gases, growth time, cooling effect etc.) were studied in detail to optimize the quality of graphene with respect to the number of layers and defects. Chemical synthesis of graphene was established by oxidation of graphite to graphite oxide (GO) and followed by reduction process. Different methods (Staudenmaier's, Hummers', Modified Hummers' and Tour's Methods) to synthesize GO were studied comparatively to have highly oxidized GO. Various reduction techniques were studied to improve the quality of chemically derived graphene (CDG). Metal nanoparticles (NPs of Au, Ni and Pd) were successfully supported on CDG and employment of Pd/CDG as catalysts in the dehydrogenation and hydrolysis of ammonia borane (AB). Moreover, metal oxide NPs of titanium dioxide (by UV-assisted method and hydrothermal method), tungsten oxide (by sonochemical method) and zinc oxide (via thermal decomposition method), were successfully deposited on CDG. Composites of CDG with TiO2 and WO3 were applied successfully in photodegradation reactions of methylene blue (MB) under UV-light. Sensing measurements of ZnO/CDG hybrid materials were conducted towards hydrogen gas at room temperature and elevated temperatures (200oC and 300oC).
Benzer Tezler
- Kontrol ağlarının ölçüt matrisleri ile ağırlık ve ölçü planı optimizasyonu
Gewichtund beobachtungsplanoptimierung der kontrollnetzen durch die kriteriummatrizen
CİHANGİR ÖZŞAMLI
- Synthesis and characterization of porous carbons using natural zeolites and AIPO4-5 as templates and diffusion of volatile organic chemicals in these porcus media
Doğal zeolit ve AIPO4-5 kullanılarak kalıplama yöntemiyle gözenekli karbon sentezi ve karakterizasyonu ve uçucu organik kimyasalların bu gözenekli yapılardaki difüzyonu
BİLLUR SAKİNTUNA
- Functionalization of carbon nanotubes
Karbon nanotüplerinin fonksiyonelleştirilmesi
SEFA DAĞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. SALİM ÇIRACI
- Size modulation and defects in graphene based ribbons: Magnetism and charge confinement
Grafin tabanlı malzemelerde kalınlıksal çesitlendirmeler ve ağ örgü delikleri: Manyetizma ve yük yoğunlaşması
MEHMET TOPSAKAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiNanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALİM ÇIRACI
- A Review of the“ontology”of photography
Fotoğrafın ontolojisi üzerine bir inceleme
ÖNDER SEVİMLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Sahne ve Görüntü Sanatlarıİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiGrafik Ana Sanat Dalı
YRD. DOÇ. DR. MAHMUT MUTMAN
