Fotokatalizör özellik gösteren yeni ftalosiyanin-titanyumdioksit nanokompozitler

Abstract

Makromoleküler sistemlerden olan, 18-π elektron sistemine sahip ftalosiyaninlerin karboksilik asit, amid gibi uç grupları vasıtasıyla çeşitli reaksiyonlarda kullanılabilmeleri, ftalosiyanin bileşiklerinin uygulama alanlarını çoğaltan önemli bir unsurdur. Yüksek termal ve kimyasal kararlılığa sahip olan ftalosiyaninlerin, son yıllarda sensör, fototodinamik terapi, güneş pili ve fotokatalitik çalışmalar gibi çok farklı teknolojik alanlarda kullanımları üzerinde yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Çevre kirliliğinin giderimi amacıyla çevre dostu sistemlerin geliştirilmesinde araştırılan yöntemlerden biri de heterojen fotokataliz olup yapılan çalışmalar bir yarı iletken metal oksit olan nano boyutlu TiO₂’in çevresel arıtmada ve atık sulardaki zararlı kimyasalların parçalanmasında en etkin fotokatalizör olduğunu göstermiştir. Ancak organik kirleticiler TiO₂ yüzeyinde çok düşük miktarlarda adsorbe olduğundan, yöntemin uygulanmasında kısıtlamalara neden olmaktadırlar. Bu nedenle, yüzey modifikasyonu yapılarak TiO₂’in fotokatalitik etkinliğini artırmak sorunun çözümü için bir alternatiftir.Bu tez çalışmasında periferal bölgede karboksilik asit uçlu gruplar taşıyan simetrik ve asimetrik tetra sübstitüe monoftalosiyaninlerin sentezi amaçlandı. Çalışmanın ilk kısmında, önce 4-nitro-ftalonitril (1) ve 6-hidroksi-2-naftoik asit (2) bileşiklerinin uygun koşullarda nükleofilik aromatik sübstitüsyon tepkimesiyle daha önce literatürde bulunmayan yeni 4-(6-karboksi-2-naftoksi) ftalonitril (3) bileşiği sentezlenerek karakterizasyonu elementel analiz, FT-IR, ¹H-NMR ve LCMS ile gerçekleştirildi. Daha sonra 3numaralı bu dinitril türevinden sırasıyla Zn(CH₃COO)₂, CuCl₂, CoCl₂ ve Ni(CH₃COO)₂ susuz metal tuzlarıyla periferal pozisyonlarda karboksilik asit uçlu naftoksi grupları taşıyan 2,9,16,23-tetra-(4-6-karboksi-2-naftoksi)-ftalosiyaninato Zn(II), Cu(II), Co(II) ve Ni(II) (6, 7, 8, 9) ile 2,9,16,23-tetra-(4-(6-karboksi-2-naftoksi)-ftalosiyanin(10) metalli ve metalsiz olmak üzere yeni simetrik ftalosiyanin kompleksleri sentezlendi. Çalışmanın ikinci kısmında önce 4-nitro-ftalonitril (1) ve 2,4-di-tert-bütilfenol (4) bileşiklerinin reaksiyonundan 4-(2,4-ditersiyerbütilfenoksi) ftalonitril (5) literatüre göre sentezlenerek yapısı elementel analiz, FT-IR, 1H-NMR ve LCMS ile aydınlatıldı. Daha sonra (3) ve (5) nolu dinitril türevlerinin istatistiksel kondenzasyon yöntemi ile periferal bölgede 3 benzen ünitesi üzerinde 2,4-di-tert-bütilfenoksi grupları ile bir benzen ünitesi üzerinde 6-karboksi-2-naftoksi grubu taşıyan 2,9,16-tri-(2,4-di-tert-bütilfenoksi)-23-(4-[6-karboksi-2-naftoksi])-ftalosiyaninato Zn(II), Cu(II), Co(II) ve Ni(II) (11, 12, 13ve 14) ile 2,9,16-tri-(2,4-di-tert-bütilfenoksi)-23-(4-[6-karboksi-2-naftoksi])-ftalosiyanin (15) metalli ve metalsiz yeni asimetrik ftalosiyanin kompleksleri sentezlendi. Sentezlenen tüm simetrik ve asimetrik tetra sübstitüe mono ftalosiyanin komplekslerinin (6-15) yapıları FT-IR, UV-Vis, ¹H-NMR ve MALDI-TOF MS kütle spektroskopisi teknikleri ile karakterize edilerek aydınlatıldı. Çalışmanın üçüncü kısmında uçlarında –COOH grupları taşıyan simetrik ftalosiyanin bileşiklerinin (6-10) algılayıcı olarak kullanıldığı sensörler üretilerek bunların-heksan, diklormetan, dietilamin, etanol, metanol, isopropanol ve aseton olmak üzere toplam 7 farklı uçucu organik buharını algılama özellikleri incelendi. Bu bileşiklerin ince filmlerinin etanol duyarlılıkları ve ortamın sıcaklığının sensör özellikleri üzerine etkileri incelendi. Algılama verilerinden, çalışılan tüm Pc filmlerinin etanol buharına karşı duyarlılık gösterdikleri elde edildi. Bunların arasında, [2,9,16,23-tetra-(4-(6-karboksi-2-naftoksi)-ftalosiyaninato-nikel (II)] (9)etanol duyarlılığı en yüksek olarak merkez atomunun uçucu organik buharı ile MPc etkileşmelerinde önemli rol oynadığını gösterdi. Sensör özellik gösteren Pc filmlerin yüzey topografyası, atomik kuvvet mikroskobu ile analiz edildi. Çalışmanın son kısmında simetrik ve asimetrik ftalosiyanin bileşikleri ile nano TiO₂ üzerine yükleme yapıldı. Sentezlenen nanokompozitlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri XRD, FTIR,FEG-SEM, EDX, BET, UV-DRS ile karakterize edilerek fotokatalitik özelliklerinin incelenmesi için görünür ışık altında katyonik boyarmadde olan metilen mavisinin fotokatalitik parçalanmasına etkileri araştırıldı.