Karbon kuantum noktaları ile modifiye edilmiş Zif-8 nanokompozitlerin sentezi, karakterizasyonu ve özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Günümüzde nanoteknoloji alanındaki gelişmeler, optik özellikleri ayarlanabilir ve yüzey davranışları geliştirilebilir hibrit malzemelerin tasarlanmasına olanak sağlamaktadır. Bu bağlamda, güçlü fotolüminesans, kimyasal kararlılık ve geniş yüzey alanı gibi özelliklere sahip karbon kuantum noktaları, sensör, optoelektronik ve çevresel arıtım uygulamalarında dikkat çekmektedir. Metal-organik çerceveler ise yüksek gözeneklilikleri, kimyasal esneklikleri ve geniş uygulama alanlarıyla önemli malzeme sınıflarından biridir. Metal-organik çercevelerden biri olan ZIF-8, termal ve kimyasal kararlılığıyla öne çıkmakla birlikte, floresans özelliklerine sahip olmaması nedeniyle optik uygulamalarda tek başına yeterli değildir. Bu nedenle karbon kuantum noktaları ZIF-8 iskeletine entegre edilmesi, yapının hem optik hem de yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi açısından önemli bir yaklaşım sunmaktadır. Bu çalışmada, ZIF-8 yapılarının floresans özelliklerini iyileştirmek ve yüzey davranışlarını incelemek amacıyla karbon kuantum noktaları modifiye edilmiş kompozit malzemeler sentezlenmiştir. Karbon kuantum noktaları, borik asit, üre ve farklı miktarlarda sitrik asit kullanılarak mikrodalga destekli yöntemle elde edilmiştir. Sitrik asit oranının değiştirilmesi, karbon kuantum noktaları optik özelliklerinin ve ZIF-8 içerisindeki dağılımının kontrol edilebildiğini göstermiştir. Elde edilen karbon kuantum noktaları metanolde çözülerek ZIF-8 sentez sürecine dâhil edilmiştir. Sentez koşullarının hassas kontrolü, karbon kuantum noktaları ZIF-8 yapısıyla etkin ve homojen etkileşim kurmasını sağlamıştır. Elde edilen saf ZIF-8 ve karbon kuantum noktaları ile modifiye edilmiş ZIF-8 yapıları, XRD, FTIR, SEM, PL, UV-Vis ve BET yüzey alanı analizi ile karakterize edilmiştir. XRD analizleri, karbon kuantum noktaları eklenmesine rağmen ZIF-8'in karakteristik kristal yapısının korunduğunu göstermiştir. FTIR spektroskopisi, imidazol grubuna ait temel titreşim bantlarının modifiye yapıda da varlığını sürdürdüğünü doğrulamıştır. SEM görüntüleri, karbon kuantum noktaları entegrasyonuna bağlı olarak partikül morfolojisinde ve yüzey dokusunda belirgin değişiklikler olduğunu ortaya koymuştur. BET analizleri ise karbon kuantum noktaları eklenmesinin ZIF-8'in yüzey alanı ve gözeneklilik özelliklerinde değişimlere yol açtığını göstermiş, gözenek yapısındaki düzenlenmenin karbon kuantum noktaları yüklemesiyle ilişkili olduğunu ortaya koymuştur. Optik analizler, modifikasyonun ZIF-8'in floresans şiddetini anlamlı derecede artırdığını ve karbon kuantum noktaları konsantrasyonunun optik ayarlanabilirlik sağladığını göstermiştir. Sonuç olarak, karbon kuantum noktaları modifiye ZIF-8 yapılarının geliştirilmiş floresans özellikleri ve BET analizinin doğruladığı yüzey yapısındaki değişimler, bu hibrit malzemeleri sensör teknolojileri, optoelektronik sistemler ve ışığa duyarlı uygulamalar için güçlü adaylar hâline getirmektedir.