Bakır oksit nanoyapılarının UPD temeline dayanan elektrokimyasal bir yöntemle atomik seviye kontrollü sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Yenilenebilir ve kirletici olmayan enerji kaynaklarının üretiminde, güneş enerjisinin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesi, bu asrın en önemli araştırma konularından birisidir. Fotovoltaik hücreler kullanılarak güneş enerjisi, elektrik enerjisine dönüştürülebilir ve bir bataryada kimyasal enerji halinde depolanabilir veya foto aktif elektrotlar ile su elektroliz edilerek olan H2'e dönüştürülüp, bilinen en temiz enerji kaynağı olarak depolanabilir. Bu bağlamda fotoaktif anot kullanılarak tasarlanmış elektrokimyasal hücreler güneş ışınını kullanarak suyu H2 ve O2'e dönüştürebilir. Kabul edilebilir güneş enerjisi dönüşüm verimi için, yarıiletkenin bant aralığı enerjisi 2,2 eV'dan daha küçük olmalıdır. Fakat bu aralıkta enerjiye sahip çoğu yarıiletken sulu ortamda fotokimyasal olarak kararlı değildirler. Fotokimyasal olarak kararlı olan yarıiletkenlerin çoğu Cu2O ve CuO gibi metal oksitlerdir Son zamanlarda grubumuz tarafından, ikili ve üçlü bileşik yarıiletkenlerin elektrokimyasal sentezlerinde oldukça başarılı bir şekilde uygulanabilen ve UPD tekniğine dayanan yeni bir elektrokimyasal metot geliştirildi. Bu metot ile bileşik yarıiletken malzemeler, tek bir depozisyon potansiyeli kullanılarak aynı çözeltiden oldukça yüksek kalitede ve çok pratik olarak sentezlenebilmektedir. Bu tez kapsamında, bu metot CuO ve Cu2O gibi bakır oksit bileşiklerin nanoboyutta sentezlenebilmesi için uyarlanmış ve geliştirilmiştir. Bu amaç için Cu ve O'nun UPD davranışı ve elektrokimyasal özellikleri Au(111) ve indiyum kalay oksit kaplı cam (ITO) alttaş kullanılarak incelenmiştir. CuO ve Cu2O nanoyapıları değişik yapıda ve boyutta farklı elektrokimyasal şartlar ve zamanlar kullanılarak sentezlenmiştir. Daha sonra sentezlenen bu filmlerin morfolojik, yapısal ve optiksel özellikleri incelenmiştir.

The production of renewable and non-polluting fuels by the direct conversion of solar energy into electrical energy remains a fascinating challenge for this century. Solar energy can be transformed into electrical energy by photovoltaic cells and then stored as chemical energy in a battery or in the form of hydrogen known as the cleanest energy source by electrolysis of water. In this regard, H2 seems to be the most important fuel source which meets the required criteria's and could be produced from water by artificial photosynthesis. For reasonable solar efficiencies, the band gap must be less than about 2,2 eV; unfortunately, most useful semiconductors with band gaps in this range are photochemically unstable in water. The most photochemically stable semiconductors in aqueous solution are metal oxides such as CuO and Cu2O. Recently, our research group has developed a new electrochemical process, based on co-deposition from the same solution at the UPD of the precursors of the target compound, which have been used successfully for the electrochemical deposition of binary and ternary compound semiconducting materials in the single crystal form. In this thesis, this technique was modified and developed for the electrochemical synthesis of metal-oxide compounds such as CuO and Cu2O in nanometer regime. For this purpose, UPD behavior and electrochemical properties of Cu and O were studied by using Au(111) and indium tin oxide (ITO) coated glass alttaşes. CuO and Cu2O nanoparticles in various size and structure were synthesized at different electrochemical conditions and deposition times. Then, morphological, structural and optical properties of the films were investigated.