ZnO/TiO2 kompozit yapısının şerit döküm yöntemiyle üretilmesi ve fotokatalitik verimlerinin incelenmesi

Abstract

Şimdiye kadar yapılan çalışmalarda fotokatalitik özellikleri karşılaştırılan yarıiletken seramik malzemeler arasında titanyum dioksit (TiO2) ve çinko oksit (ZnO) özellik bakımından oldukça aktif bulunmuştur. Her iki yarıiletkenin de benzer geniş bant aralığına sahip olması, aktivitelerinin birer göstergesidir. TiO2 diğer yarıiletkenlerle karşılaştırıldığında geniş bir pH aralığında biyolojik ve kimyasal olarak oldukça kararlıdır ve aynı zamanda üretimi de oldukça basittir. ZnO ise TiO2'ye oranla daha ucuz olması ve fotokatalitik aktivitesinin nispeten daha yüksek olması nedeniyle daha çok tercih edilir olmuştur.Fotokataliz süreci, geniş bant aralığına sahip bir yarıiletkenin morötesi dalga boyundaki ışıklarla etkileşime girerek organik parçaların bozunmasını ele almaktadır. Fotokataliz işlemi kısaca morötesi dalga boyuna sahip bir ışıkla etkileşim gerçekleştiğinde valans bandındaki bir elektron iletkenlik bandına geçer ve bir elektron-boşluk çifti oluşturmasıyla alakalıdır. Suda gerçekleşen süreçte elektron-boşluk çiftleri hidroksil (?OH) radikali gibi aktif radikaller oluşturularak bozunma tepkimelerine yol açar. Bu tepkimeleri en verimli kılabilmek, ışıkla etkileşimden ötürü, yarıiletkenin yüzey alanına bağlıdır ve bu anlamda en verimli yapı, yarıiletkenin toz halinde kullanılmasıdır. Bu şekilde kullanım pek çok maliyetli toz arıtma işlemi gerektirdiğinden pek çok araştırmacı bazı altlıklar üzerine sol-jel veya çöktürme yöntemiyle ince film olarak kaplamayı denemiştir. Bu çalışmada da bilinen bir seramik üretim süreci olan şerit döküm yöntemiyle kendi kendisini destekleyen ZnO/TiO2 kompozit plakaların üretimi ile organik boya çözeltisindeki fotokatalitik verimlilikleri incelenerek kullanılabilecek en uygun bileşim oranı tartışılmıştır.Anahtar Sözcükler: Çinko oksit, titanyum dioksit, fotokataliz, şerit döküm, azo boyalar.Recent studies showed that the photocatalytic properties of titanium dioxide (TiO2) and zinc oxide (ZnO) were found better than other semiconductor ceramics. Similar bandgap energies of both semiconductors is a sign of their activity. TiO2 is mostly stable under biological and chemical conditions in a wide range of pH degrees when compared to other semiconductors. On the other hand, ZnO is a cheap material and has a very good photocatalytic activity in some cases when compared with TiO2.Photocatalysis process is conducted on surface of a semiconductor under ultraviolet light to decompose the organic contents. When the surface of the semiconductor interacts with UV light, an electron is promoted from valence band to conduction band, thus an electron-hole pair is produced. In aqueous solutions electron-hole couples produce active radicals such as hydroxyl radical (?OH) to initialize the decomposition reactions. To make the process most reliable, the surface area of the semiconductor should be high such as powder structures, due to the interaction area of light. However, most researchers preferred thin-film coatings on glass or steel substrates by a sol-gel or a precipitation method rather than powder usage which causes expensive filtration problems.In this study ZnO-TiO2 structure was built as a self-supporting plate by one of ceramic process techniques, tape casting. Photocatalytic properties of the composite plates are compared for their compositions in degradation of organic dye solutions.