Ekran ve Kataliz Uygulamaları için Yeni Nanomalzemelerin Geliştirilmesi

Abstract

Nanomalzemeler çok çeşitli ve eşsiz özellikleri sayesinde biyoteknoloji, enerji, tekstil, yapı, gıda gibi birçok alanda araştırma konusu olarak yer edinmiştir. Saydam iletkenler ve kataliz uygulamaları, nanomalzeme çalışmalarının yürütüldüğü diğer iki önemli uygulama alanıdır. Ekran uygulamalarında, metal nanoteller, özellikle gümüş ve bakır, yüksek iletkenlik, düşük maliyet ve esnek cihazlara uygulanabilirlik gibi özellikleriyle, ekran piyasasında en çok kullanılan malzeme olan indiyum kalay oksit'e alternatif olarak oldukça ilgi çekmektedir. Kataliz uygulamalarında ise, reaksiyon veriminin artırılması ve maliyetlerin düşürülmesi açısından nanomalzeme kullanımı önemli olmaktadır. Bu tez çalışmasında, genel olarak, uzunluk ve çap kontrolü için bazı parametrelerin optimizasyonu yapılarak gümüş ve bakır nanotellerin sentezine yer verilmiştir. Sentezlenen nanotellerin oksidasyona açık olması nedeniyle, yüzey pasivasyonu için altın, platin ve paladyum gibi asal metallerle kaplama yöntemleri önerilmiştir. Ayrıca boya atık su arıtımında bakır nanotellerin katalizör etkileri incelenmiştir. Bu çalışmanın ilk bölümünde, polyol sentez yönteminde kullanılan polivinilpirolidon (PVP) polimerinin molekül uzunluğunun ve PVP/AgNO3 mol oranının gümüş nanotel sentezinin verimi ve nanotel boyutlarına etkisi incelendi. Bu parametrelerin reaksiyon verimine etkisinin büyük olduğu sonucu görüldü. Doğrudan ekleme ve iki fazlı kaplama metotları ve farklı asal metal bileşikleri kullanılarak gümüş nanotel yüzeyinde galvanik reaksiyonlar gerçekleştirildi. Kaplama çalışmaları sonucunda, bu metotlar kullanılarak nanotel yüzey atomlarının bu asal metallerle değiştirilerek nanotellerin kaplanabildiği görüldü. Tezin ikinci bölümünde bakır nanotellerin hidrotermal ve çözelti bazlı iki farklı yöntemle sentezlenmesine yer verildi. İki ayrı metotla üretilen nanoteller faklı boyut özelliklerine sahiptir. Gümüş nanotellere uygulanan kaplama yöntemleri, bakır nanoteller için de denendi ve ümit verici kaplama sonuçları elde edildi. Son bölümde bakır nanotellerin üç farklı organik boyanın degradasyonunda katalizör etkileri çalışıldı. Katalizör kullanımı, 3 boya için de degradasyon süresini çok büyük ölçüde azaltmıştır.

Nanomaterials established a research presence due to their large variety and unique properties for many areas such as biotechnology, energy, fabrics, construction, food etc. Transparent conductors and catalysis applications are also two other important areas in which nanomaterial studies are carried out. For display applications, metal nanowires, especially silver and copper, draw too much attention as transparent conductors as an alternative to indium tin oxide (ITO), which is the most used material in this market, due to their high conductivity, low cost and availability for flexible device applications which are limitations for ITO. In catalysis applications, using nanomaterials are also important to provide two essential parameters: increasing the efficiency of reactions and lowering the cost. In this thesis, on the whole, we present the synthesis of silver and copper nanowires by optimizing some parameters for controlling the length and diameter of nanowires. For the surface passivation of nanowires, we offered some coating methods with noble metals such as gold, platinum and palladium. Also we investigated the catalytic activity of copper nanowires on dye wastewater treatment. In the first part of this study, effects of polyvinylpyrrolidone (PVP) polymer length and PVP:AgNO3 molar ratio on the efficiency of silver nanowire synthesis and nanowire size were investigated for polyol synthesis method. The results showed that reaction yield is highly depended on these parameters. Also, by using different coating methods such as direct addition or biphasic titration, and by using different noble metal precursors, galvanic exchange reactions on silver nanowire surfaces were studied. The results for coating showed that it is possible to replace silver and noble metal atoms through these methods. The next part of the thesis reports the copper nanowire synthesis by two different methods: hydrothermal and solution based synthesis. The copper nanowires showed different size properties for these two methods. In addition, the same coating processes were also performed for copper nanowires and the results are promising as silver nanowires. In the last part, catalytic performance of copper nanowires was studied on degradation reactions of three different organic dyes. Great differences between catalyzed and uncatalyzed reaction periods were observed for all dyes.