Sol-Gel yöntemiyle hazırlanan değişken CR içeriğine sahip Cu ve Cr katkılı ZnO'da nokta kusur araştırması

Abstract

Sol-Gel yöntemiyle hazırlanan değişken CR içeriğine sahip Cu ve Cr katkılı ZnO'da nokta kusur araştırması Bu tez, bakır (Cu) ve krom (Cr) ile ortak olarak katkılanmış çinko oksit (ZnO:Cu/ Cr) nanopartiküllerinin sentezini ve bunların potansiyel uygulamalarını incelemektedir. Tez, bu nanopartiküllerin optik, manyetik, fotokatalitik ve hemolitik özelliklerine vurgu yapmaktadır. Sol-jel yöntemi kullanılarak, Zn0.99-xCu0.01CrxO nanopartiküllerini (burada x = 0,00–0,05) başarıyla sentezledik ve X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX), Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve pozitron yokolma ömrü spektroskopisi (PALS) gibi gelişmiş teknikler kullanarak ayrıntılı bir analiz gerçekleştirdik. Bulgularımız, Cu ve Cr'nin ZnO'ya dahil edilmesinin optik bant aralığını önemli ölçüde değiştirdiğini ve 3,37 eV'den yaklaşık 3,10 eV'ye düşürdüğünü göstermektedir. Bu azalma, fotokatalitik uygulamalar için çok önemli olan görünür ışığı emme kabiliyetini artırmaktadır. Katkılı nanopartiküller, kusur aracılı değişim etkileşimlerine bağlı olarak oda sıcaklığında ferromanyetizma sergilemiş ve bu da onları spintronik cihazlar için umut verici adaylar haline getirmiştir. Fotokatalitik çalışmalar, organik kirleticilerin bozunmasının UV ve görünür ışığa maruz kalma altında hızlandığını gösterdi. Bu, öncelikle artan yük ayrımı ve reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşumu nedeniyle gerçekleşti. Antibakteriyel testler, bu nanopartiküllerin Gram-pozitif Staphylococcus aureus'a karşı etkili olduğunu ortaya koydu ve biyolojik bağlamlarda potansiyel yararlarını vurguladı. Tıbbi uygulamalar için güvenliğini sağlamak amacıyla biyouyumluluk ve hemolitik özelliklerini değerlendirdik. Bu araştırma, geçiş metali katkılı ZnO nanopartiküllerine ilişkin anlayışımızı geliştiriyor ve nanotıp, optoelektronik ve çevre iyileştirme alanlarında kullanımları için bir temel oluşturuyor. Gelecekteki araştırmalar, ortak katkılama tekniklerini optimize etmeyi ve endüstriyel uygulamalar için ölçeklenebilir sentez süreçlerini keşfetmeyi amaçlayacaktır. Fotolüminesans analizi, mor-mavi bölgenin sırasıyla eksitonik rekombinasyon ve kusur durumlarından kaynaklanan hem UV hem de geniş bant emisyonları gösterdiğini ortaya koydu. Bu emisyonlar, sentez koşulları ve kullanılan katkının miktarından büyük ölçüde etkilendi. Cr katkısının, g faktörü ve tepe-tepe çizgi genişlikleri (ΔHPP) dahil olmak üzere elektron spin rezonansı (ESR) spektral özellikleri üzerindeki etkilerini araştırdık. Fotolüminesans (PL) ve ESR sonuçlarının entegrasyonu, belirli kusur durumları ile g faktörleri arasında bir korelasyon olduğunu ortaya koydu. Oda sıcaklığında ESR spektrumları, Cu/ Cr ko-doplu ZnO nanopartiküllerinin ferromanyetizma sergilediğini doğruladı, bu da spintronik teknolojide potansiyel uygulamalarını ortaya koydu.

Point defect investigation in Cu and Cr codoped Zno with varying Cr content prepared via Sol-Gel This thesis examines the synthesis of copper (Cu)- and chromium (Cr)-codoped zinc oxide (ZnO:Cu/ Cr) nanoparticles and their potential applications. The optical, magnetic, photocatalytic, and hemolytic properties of these materials are emphasized. Using the sol‒gel method, we successfully synthesized Zn0.99-xCu0.01CrxO nanoparticles (where x = 0.00–0.05) and conducted a detailed analysis of their structural, morphological, and spectroscopic properties via advanced Various characterization techniques were employed, including X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS), energy-dispersive X-ray analysis (EDX), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Our findings indicate that the incorporation of Cu and Cr into ZnO significantly alters its optical bandgap, reducing it from 3.37 eV to approximately 3.10 eV. This reduction enhances its ability to absorb visible light, which is crucial for photocatalytic applications. The doped nanoparticles exhibited ferromagnetism at room temperature, attributed to defect-mediated exchange interactions, making them promising candidates for spintronic devices. Photocatalytic studies have demonstrated that the degradation of organic pollutants is accelerated under UV and visible light exposure, primarily due to enhanced charge separation and the generation of reactive oxygen species (ROS). Antibacterial assays revealed that these nanoparticles were effective against gram-positive Staphylococcus aureus, highlighting their potential utility in biological contexts. We assessed their biocompatibility and hemolytic properties to ensure their safety for medical applications. This research enhances our understanding of transition metal-doped ZnO nanoparticles and establishes a foundation for their use in nanomedicine, optoelectronics, and environmental remediation. Future research will aim to optimize codoping techniques and explore scalable synthesis processes for industrial applications. The photoluminescence analysis indicated that the violet‒blue region displayed both UV and broadband emission, resulting from excitonic recombination and defect states, respectively. These emissions were highly influenced by the synthesis conditions and the amount of dopant used. We investigated the effects of Cr doping on electron spin resonance (ESR) spectral properties, including the g-factor and peak-to-peak linewidth (ΔHPP). The integration of the photoluminescence (PL) and ESR results revealed a correlation between specific defect states and their g-factors. The room-temperature ESR spectra confirmed that the Cu/ Cr-codoped ZnO nanoparticles exhibited ferromagnetism, suggesting their potential applications in spintronic technology.