Çinko magnezyum titanyum (Zn/Mg/Ti) oksit hibrit nanoliflerin üretimi ve tekstil boyalarının fotokatalitik degradasyonuna etkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, Zn ve Mg elementleri ile katkılanmış TiO₂ nanolifler sol-jel elektro çekim yöntemiyle başarıyla üretilmiş ve nanoliflerin yapısal, morfolojik, optik ve fotokatalitik özellikleri kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. TiO₂ nanoliflere farklı oranlarda (%5, %15, %30) Zn, Mg ve Zn/Mg katkılanarak üretilen nanoliflerin SEM ve TEM analizleri incelenmiş, katkı oranı arttıkça lif morfolojisinde bozulmalar ve çaplarda artış yaşandığını gözlenmiştir. XRD ve Raman analizleri, Zn ve Mg katkılarının TiO₂ kristal fazında anatazdan rutile geçişi hızlandırdığını ortaya koymuştur. XPS analizleri, katkı elementlerinin başarıyla yüzeye dâhil edildiğini doğrulamıştır. PL analizleri, düşük katkı oranlarında rekombinasyon oranının azaldığını, yüksek oranlarda ise optik verimin düştüğünü göstermiştir. Fotokatalitik performans değerlendirmesi, katkı oranına bağlı olarak boya degradasyon verimliliğinde azalma olduğunu, en yüksek verimin %90,75 ile saf TiO₂'de elde edildiğini, Zn/Mg katkılı numunelerde ise en iyi sonucun %5 (Zn/Mg) ile %78,6 oranında elde edildiğini ortaya koymuştur. Ayrıca ATR-FTIR spektra ile degradasyon sonrası nanolif yüzeyindeki boya moleküllerinin yapısal değişiklikleri izlenmiştir. Elde edilen bulgular, Zn/Mg katkılı TiO₂ nanoliflerin, özellikle düşük katkı oranlarında, çevre dostu ve etkin fotokatalizörler olarak atık su arıtımı gibi alanlarda potansiyel taşıdığını göstermektedir.

In this study, Zn- and Mg-doped TiO₂ nanofibers were successfully synthesized via the electrospinning method, and their structural, morphological, optical, and photocatalytic properties were systematically investigated. Nanofibers were produced with varying doping ratios (5%, 15%, and 30%) of Zn, Mg, and Zn/Mg. SEM and TEM analyses revealed that increasing dopant concentrations led to morphological irregularities and diameter growth in the nanofibers. XRD and Raman results indicated that Zn and Mg accelerated the anatase-to-rutile phase transformation. XPS analysis confirmed the successful incorporation of dopants onto the surface. PL spectroscopy showed that lower dopant concentrations reduced recombination rates, whereas higher concentrations diminished the optical performance. Photocatalytic performance evaluation revealed that the dye degradation efficiency decreased with increasing dopant concentration. The highest efficiency was obtained with pure TiO₂ at 90.75%, while among the Zn/Mg-doped samples, the best result was achieved with 5% (Zn/Mg) at 78.6%. Additionally, FTIR analysis were employed to examine post-degradation structural changes. Overall, the results suggest that Zn/Mg-doped TiO₂ nanofibers, particularly at low dopant concentrations, possess promising potential as environmentally friendly and efficient photocatalysts for wastewater treatment and similar applications.