Mucizevi materyal; Grafenler ve Nanobiyoteknolojik kullanımları
1. Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafenler ve NanobiyoteknolojikGrafenler ve Nanobiyoteknolojik
kullanımları,kullanımları,
Prof.Dr. İbrahim USLU
2. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Nanoteknoloji biyolojinin içinde; yarım milyar yıldır biyolojinin
içine girmiş.
• Nanoteknoloji tek başına da değil. Bunu bir bütünün bir parçası,
hatta her bir bütünün iç içe girmiş parçaları olarak
değerlendirmek gerekir.
• Örneğin, bir filde bile nanoteknoloji var.
NanoteknolojiNanoteknoloji
3. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen iki boyutlu, bir atom kalınlığında, mekanik, elektrik,
termal ve optik özellikleri ile bilimde çığır açan yeni
keşfedilmiş bir karbon allotropudur.
GrafenGrafen
4. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bilim dünyasında heyecan yaratmış olsa da aslında çok
nadir bulunan bir malzeme değildir grafen.
• Kurşun kalemlerin içindeki grafit, grafen tabakalarının üst
üste binmesinden oluşur.
Grafit ve grafenGrafit ve grafen
5. Prof.Dr. İbrahim USLU
Physicists win Nobel using sticky tape andPhysicists win Nobel using sticky tape and
pencilpencil
14:00 5 October 201014:00 5 October 2010
7. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Karbon atomlarının iki boyutlu altıgen bir yapıda dizilmiş bu
formu, doğada iki boyutlu tek malzeme örneğini
oluşturmasının yanı sıra, grafene olağanüstü özelliklerini de
kazandırıyor.
Karbonun bir allotropu olan GrafenKarbonun bir allotropu olan Grafen
8. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bir grafen tabakası küresel halde yuvarlandığında yine
zamanında bilim dünyasında yankı uyandıran fulleren oluşur.
• Fullerenler ilk olarak grafitin laserle buharlaştırılması ile
oluşturulmuşlardır.
• Fulleren üretiminde ark buharlaştırma yöntemi de
kullanılmaktadır.
• Buharlaşan grafitin yoğunlaştırılması ile fulleren elde edilir.
Grafenden Fulleren oluşumuGrafenden Fulleren oluşumu
9. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafene silindir şekli verildiğinde ise karbon nanotüp
oluştururuz.
Grafenden Karbon nanotüp oluşumuGrafenden Karbon nanotüp oluşumu
13. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Elektronlar bu tek atom kalınlığındaki Grafen karbon
tabakası içerisinde sanki hiç kütleleri yokmuşçasına hızlı
hareket ediyorlar.
Elektronlar grafen tabakasında hızlaElektronlar grafen tabakasında hızla
hareket ederlerhareket ederler
14. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Dijital teknolojinin süper starı silikon, grafen ile
karşılaştırıldığında bir kaplumbağa gibi kalıyor. Elektronların
silikon içindeki hızları grafen içindeki hızlarına göre 100 kez
daha yavaş.
Grafendeki elektron hareketliliğiGrafendeki elektron hareketliliği
15. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafenin elektrik özellikleri bu sıra dışı malzemenin tek
olağanüstü özelliği değil. Onun pek çok olağan üstü özelliği
var.
• Örneğin Hidrofilik karekteri
Grafenin olaganüstü özellikleriGrafenin olaganüstü özellikleri
16. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bilinen en ince malzeme olmasına
rağmen aynı zamanda en güçlü
malzeme. Aşağıdaki grafiklerde
göreceğiniz gibi çelikten 100 kat daha
güçlü.
Grafen - Çelikten 100 kat daha güçlüGrafen - Çelikten 100 kat daha güçlü
18. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Isıyı en iyi ilettiği düşünülen diğer bir karbon allotropu olan
elmas, grafenin keşfi ile tahtından inmiş durumda.
Grafen şu anda bilinen en iyi ısı iletkeni.Grafen şu anda bilinen en iyi ısı iletkeni.
19. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Elektronlar grafenin tek atom kalınlığındaki karbon tabakası
içerisinde sanki hiç kütleleri yokmuşçasına hızlı hareket
ediyorlar.
• Dijital teknolojinin süper starı silikon, grafen ile
karşılaştırıldığında bir kaplumbağa gibi kalıyor. Elektronların
silikon içindeki hızları grafen içindeki hızlarına göre 100 kez
daha yavaş.
Grafendeki elektron hareketliliğiGrafendeki elektron hareketliliği
20. Prof.Dr. İbrahim USLU
• DNA dizilerinin belirlenmesinde günümüze kadar pek çok
yöntemler denenmiştir.
• Fakat bugüne kadar geliştirilmiş kolay ve maliyeti düşük
yöntem, iyonik bir çözelti içindeki silikon-nitrür üzerine
yerleştirilmiş bir grafen düzlüğe birkaç nanometre genişliğine
gözenek açılmasıyla DNA dizilimini belirleyen nanaogözenek
yöntemidir.
DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji: Grafen
Teknolojisi
21. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafenin ilginç mekanik , elektronik
özellikleri ve ince, esnek olması
nedeniyle kolayca nanogözenekler ihmal
edilebilir.
• Araştırmacılar bu nedenle DNA dizilimi
tesbitinde grafen düzlüklerini
kullanmışlardır. Bu işleme göre DNA ipliği,
tuz çözeltisinin içinde bekleyen bir zarın
üzerindeki delikten geçer.
• Geçiş sırasında iyon akışı kesileceği için,
sinyaldeki kesintiden hangi molekülün
delikten geçtiği bulunur.
• http://www.tarimsalbiyoteknoloji.com/dna-dizi-analizinde-yeni-bir-
teknoloji-grafen-teknolojisi/
DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji:
Grafen Teknolojisi
22. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen çok ince olduğundan, güçlendirmek
için birkaç atom kalınlığında titanyum oksitle
kaplanmıştır.
• Bu sayede DNA ipliğinin delikten daha rahat
geçtiği gözlemlenmiştir.
• Araştırmacılar, klasik yöntemle günler hatta
aylar alan bir DNA dizilimi belirleme
işleminin, grafenin çok ince olması ve elektrik
iletkenliğinin yüksek olması sayesinde birkaç
saat içinde tamamlanabilmesinden çok
memnun.
DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji:
Grafen Teknolojisi
23. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen kuantum noktalar bir boyut ve şekle bağlı band aralığı
içeren yarıiletkenlerdir.
• Grafen kuantum noktalar grafen katmanlarının elektron demeti
litografisi veya kimyasal bozunma kullanarak üretilmektedir.
• Grafen kuantum noktaların spesifik elektronik ve ışık saçan
öxellikleri vardır. Grafen kuantum noktalarının 120 oC’da mavi,
100 derecede yeşil ve 80 oC’de sarı renkte ışıldadıkları
gözlenmiş ve grafen kuantum noktalarının bu tür özellikleri ise
tıbbi görüntüleme, protein analizi, hücre izleme ve diğer
biyomedikal uygulamalar için bir potansiyel olmuştur.
Grafen kuantum noktalarGrafen kuantum noktalar
24. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen kuantum noktalar ışık yayan diyotlar (LED), güneş
hücreleri ve medikal görüntüleme aygıtları için laserlere
kadar varan bir uygulama alanında umut verici yapılardır.
25. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Asya’daki araştırmacılar insan mezenşimal kök hücrelerin
proliferasyonunu engellemeyen ve kemik hücrelerine
farklılaşmayı sağlayan biyouyumlu grafen doku iskelesi
hazırlamışlar.
• Bu farklılaşma oranı sıklıkla kullanılan büyüme faktörleriyle
geliştirilmiş olanlara kıyasla kök hücre araştırmaları için daha
umut vaat edici gözükmektedir.
• http://www.nanott.hacettepe.edu.tr/nanobulten/14/nanobulten14_lr.pdf
Grafen Biyomedikal Uygulamalarda KökGrafen Biyomedikal Uygulamalarda Kök
Hücrelerin Kaderini Kontrol EdebiliyorHücrelerin Kaderini Kontrol Edebiliyor
26. Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafen Biyomedikal Uygulamalarda KökGrafen Biyomedikal Uygulamalarda Kök
Hücrelerin Kaderini Kontrol EdebiliyorHücrelerin Kaderini Kontrol Edebiliyor
27. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Sürtünmede kaybedilen enerji ve aşınan malzemeler her geçen
gün daha da çok önem kazanırken sürtünmesiz
• yüzeylerin geliştirilmesi konusunda araştırmalar ağırlık
kazanmıştır.
• UNAM’da yapılan kuramsal araştırmalarda grafen, florografen,
ile kaplanan yüzeylerde fonon salınımına neden olan stick-slip
hareketinin oluşmayacağı ve bunun sonucu aşırı yükler altında
bile fonon yaratılması yoluyla enerji kayıpları oluşmayacağı
gösterildi.
Sürtünmesiz YüzeylerSürtünmesiz Yüzeyler
28. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen kaplı yüzeyler ise hem oksidasyona, hem de
sürtünme yoluyla enerji kayıplarına engel olabilmektedir.
• Phys. Rev. Lett. 2012, Phys. Rev. B. 2012
• http://www.nano.org.tr/files/UNAM_BULTEN_2012.pdf
Sürtünmesiz YüzeylerSürtünmesiz Yüzeyler
29. Prof.Dr. İbrahim USLU
• B. Lu ve arkadaşları hücre kültürleri kullanarak grafenin yalnızca bakteriyel
hücrelere karşı zararlı olduğunu, hayvansal hücrelerin etkilenmediğini
gösterdi.
• Bunun sebebi olarak, hücre yarı geçirgen zarları boyunca grafenin
elektronları iletmesi olasılığı gösterildi.
• Bu proses ile bakteriyel hücreler çoğalamıyor, çünkü elektronlar bakteriyel
DNA'ya erişerek onu yok ediyorlar. Hayvan DNA'sı, elektronlardan ikinci bir
yarı geçirgen zarın varlığı ile korunuyor.
Grafenin elektronları iletmesiGrafenin elektronları iletmesi
30. Prof.Dr. İbrahim USLU
Elektronlar bakteriyel DNA'ya erişerekElektronlar bakteriyel DNA'ya erişerek
onu yok ediyorlaronu yok ediyorlar
31. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bu proses ile bakteriyel hücreler çoğalamıyor, çünkü
elektronlar bakteriyel DNA'ya erişerek onu yok ediyorlar.
Hayvan DNA'sı, elektronlardan ikinci bir yarı geçirgen zarın
varlığı ile korunuyor.
32. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen oksit tek sarmallı DNA’yı çift olana göre daha hızla
adsorblamakta, basit bir karıştırma veya sentrifuj yardımıyla
çok hızlı bir ayrıştırma imkanı sağlamaktadır.
• http://www.mdpi.com/2079-4991/3/2/221
Separation of Short Single- and Double-Stranded DNASeparation of Short Single- and Double-Stranded DNA usingusing
Graphene OxideGraphene Oxide
33. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen nanogözeneklerinden geçerken DNA’nın genetik
bilgileri elektronik akım sayesinde mümkün olmaktadır.
• http://wetwareontologies.tumblr.com/post/36735521779/nanopore-
sequencing
34. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Chaitanya Sathe, Xueqing Zou, Jean-Pierre Leburton, and
Klaus Schulten. ACS Nano, 5:8842-8851, 2011.
http://www.ks.uiuc.edu/Publications/P..
Computational investigation of DNAComputational investigation of DNA
detection using graphene nanopores.detection using graphene nanopores.
35. Prof.Dr. İbrahim USLU
• inexpensive and fast methods to sequence the genome of
individuals using nanopore technology revolutionizes modern
medicine. The thickness of the membrane used to make the
nanopore presents a fundamental limitation to the physical
dimension that can be resolved. Typical solid-state
membranes are too thick and usually fail to recognize single
nucleotides on a DNA strand. Graphene is a sub-nanometer
membrane, comprising of carbon atoms arranged in a
honeycomb lattice, with remarkable electronic and
mechanical properties. The thickness of a graphene
membrane (3 A) is comparable to the vertical stacking
distance between base pairs in the DNA (3.5 A) making
graphene an ideal candidate for DNA sequencing.
• http://beckman.illinois.edu/news/2013/03/grad-student-seminars-mar-2013
37. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafenin tek sarmallı (ssDNA) ile etkileşmesi sonucunda
bozulması söz konusudur.
• Ancak grafen çift sarmallı DNAlarla etkileşime girmemektedir.
• Bundan hareketle grafen-DNA biyosensörler kullanılmaya
başlanmıştır.
BiyosensörlerBiyosensörler
38. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Çift ve tek sarmallı DNA yapıları florasans boya ile
etiketlendiğinde yapılan deneylerde tek sarmallı DNA
yapılarının grafenle olan etkileişimleri sonucu florasans
ışığında önemli bir miktarda azalma görülmüş ancak çift
sarmallı DNA yapılarında azalma çok az olmuştur.
Grafen tek sarmallı DNA ile etkileşirGrafen tek sarmallı DNA ile etkileşir
39. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen, karbon nanotüplü
biyosensörlere göre daha ucuz
ve daha fazla alanı nedeniyle
daha hassastır.
• ssDNA florasans bir boya
etiketlenmiş ssDNA grafen ile
bağlandığında florasans ışığın
neredeyse %97’sini yutar.
Ancak kanserli hücrelerin
DNA’sının grafenle temasında
florasans ışığı
yutulmayacağından açığa çıkan
ışın florasans spektroskopi
sayesinde rahatlıkla tespit
edilebilecektir.
Tek iplikçikli (ssDNA) tespitinde biyosensörTek iplikçikli (ssDNA) tespitinde biyosensör
40. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen Oksite tabakaları 100 nm’den küçüktür ve Grafen
Kuantum Noktaları (GQD) olarak anılırlar.
• Geleneksel kuantum noktalarına (QD) göre GQD daha fazla
alana sahip, daha ucuz ve daha fazla yüzey modifikasyonuna
müsait, daha fazla elektriksel iletken özelliklere sahiptir.
Graphen combined with EuropiumGraphen combined with Europium
Ions for Phosphate SensingIons for Phosphate Sensing
41. Prof.Dr. İbrahim USLU
• GQD fosfat tespitinde etkin algılama platformu sağlar.
• Su kimyasında çevre kirliliğinin tespitinde fosfat miktarı seviyesi
kirliliğin boyutu hakkında önemli bir indikatördür.
Grafen Kuantum Noktaları (GQD) ile fosfatGrafen Kuantum Noktaları (GQD) ile fosfat
tayinitayini
42. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Çevre bakanlığı gibi düzenleyici kurumların suda yaşayan
canlılar, mikroorganizmalar gibi pek çok ortamda fosfat
miktarı seviyesini sürekli olarak tespiti çok önemlidir.
Fosfat seviyesi sürekli izlenmelidirFosfat seviyesi sürekli izlenmelidir
43. Prof.Dr. İbrahim USLU
• GQD ile kombineli ve üzerinde Eu3+
atomları sayesinde grafen
Photoluminasans (PL) ışınları absorblama özelliğine sahiptir.
GQD üzerinde adsorblanmış EuropiumGQD üzerinde adsorblanmış Europium
IyonlarıIyonları
44. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Ancak Eu+3
iyonları fosfattaki oksijen verici atomlara karşı
grafen yüzeyindeki karboksilat gruplara karşı daha büyük
istek gösterir. Eu+3 iyonlarının söz konusu reaksiyonu
sonrası daha önce baskılanan photolüminasans ışığı
saçılmaya başlar böylece ortamda ne kadar fosfat varsa
ışıma şiddetide o kadar artacağından bu da fosfat sensörü
olarak kullanılır.
Grafenli fosfat sensörüGrafenli fosfat sensörü
45. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen ile yapılan bir başka
deneyde grafen ile bağlanmış DNA
yapılarına ilavaten serbest DNA’lar
ilave edilmiş ve daha sonra Söz
konusu DNA’ları tahrip eden enzim
ile teması sağlandığında enzimin
grafen ile bağlı DNA’larla etkileşime
girmedikleri görülmüştür.
• İşte bu nedenle DNA-grafen yapılı
kontrollu salınımlı ilaçlar vasıtasıyla
pek çok hastalığın daha etkin
tedavisi sağlanacaktır.
Grafenli ilaçlarGrafenli ilaçlar
47. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Altın nanoparçacıklardan oluşmuş kümelerin (gold
nanoclusters, GNC) grafenle oluşturduğu kompozit ler
kanser tedavisinde kullanılabilecektir.
• Altın nano klusterler (GNCs) indirgenmiş grafen oksit (RGO)
levhaları üzerinden nufüz eder ve hızla HepG2
hepatokarkinoma hücre merkezine geçerek protein ve DNA
yapısını değiştirir ve doxorubicin (DOX) gibi anti kanser
ilaçlarının aktarımını sağlar
Grafen katkılı ilaçlarla kanser tedavisiGrafen katkılı ilaçlarla kanser tedavisi
49. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Foto Dinamik Terapi (PDT) yakın kızıl ötesi (NIR)
ışığın dalga boyları ile sınırlı bir şeklide kanser
tedavisinde kullanılır.
• NIR ışın dokularımızın derinliklerine kadar girebilir.
TV uzaktan kumandası gibi pek çok alette
kullanılır. Oldukça zararsız bir ışındır .
• Grafen NIR ışına maruz kalırsa aniden ısı
enerjisine dönüşür.
• Eğer kanserli hastanın vücuduna verilen grafen
biyokonjuge antikorlar tümörün etrafını
çevrelemişse NIR ışının o bölgeye ulaşması
sonucu grafen ısıya dönüşünce açığa çıkan ısı
kanserli hücreleri yok edecek ancak bölgedeki
sağlıklı hücreler bundan zarar görmeyeceklerdir.
• http://investorintel.com/graphite-graphene-
intel/56152/#sthash.QBBw5bzr.dpuf.
Foto Dinamik TerapiFoto Dinamik Terapi (PDT)(PDT)
50. Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafen yardımıyla sağklı hücrelereGrafen yardımıyla sağklı hücrelere
zarar vermeden Kanser tedavisizarar vermeden Kanser tedavisi
51. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen kullanılarak yapılan bir gen transferinde oldukça düşük bir
sitotoksisite görülmüştür.
• Grafen kullanarak Plasmid DNA’nın memeli hücre hattına transferi %95’e
kadar varan bir verimlilikle başarılmış, zebrebalığı embriyolarına olan
gen transferide %90 verimlilikle sağlanmıştır.
• Geleneksel transfer teknolojilerinde verimliliğin %30 olduğu düşünülürse
grafenin bu konuda önemi açığa çıkmaktadır.
• http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12274-012-0254-x
Ultra-small graphene oxide functionalized withUltra-small graphene oxide functionalized with
polyethylenimine (PEI) for very efficient genepolyethylenimine (PEI) for very efficient gene
delivery in cell and zebrafish embryosdelivery in cell and zebrafish embryos
52. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen oksit yardımıyla yapılan gen transferi çok verimli.
Ultra-small graphene oxide functionalized withUltra-small graphene oxide functionalized with
polyethylenimine (PEI) for very efficient genepolyethylenimine (PEI) for very efficient gene
delivery in cell and zebrafish embryosdelivery in cell and zebrafish embryos
53. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bilim adamları, deri yaralarının
iyileşmesi için gereken süreyi
azaltan malzemeler geliştiriyorlar.
• Kanı etkili bir şekilde
pıhtılaştırabildiği için, kitosan ile
antibakteriyel özellikler gösterdiği
bilinen grafenin faydalarını
birleştirerek daha etkin yara sargı
malzemeleri, biz dahil pek çok
biliminsanı tarafından
araştırılmaktadır.
• http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2012/NR/C
2NR11958G
Grafen ve kitosan yara iyileşme süreciniGrafen ve kitosan yara iyileşme sürecini
hızlandırıyorhızlandırıyor
54. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Kitosan nanolifleri grafen ile ince yarı geçirgen zarlar
(membran) oluşturarak birleşmekte ve bu membran yaraları
tıpkı bir yara bandı gibi kapladığı için, kontrol örneklere göre,
ciddi oranda daha hızlı iyileştirmektedir.
• http://www.bilim.org/grafen-ve-kitosan-yara-iyilesme-surecini-hizlandiriyor.html
Grafenli sargı malzemesi yaraları hızlaGrafenli sargı malzemesi yaraları hızla
iyileştiriyoriyileştiriyor
55. Prof.Dr. İbrahim USLU
Sadece Kitosan kulanımına görede grafenSadece Kitosan kulanımına görede grafen
kullanımı iyileştirme sürecinikullanımı iyileştirme sürecini
hızlandırmaktadırhızlandırmaktadır
56. Prof.Dr. İbrahim USLU
• C.Fan, “grafen esaslı nanomalzemelerin gerçekten ilginç bir
sağlık uygulaması” olduğunu söyledi ve grafen esaslı
antibakteriyel malzemelerin yara iyileşmesini hızlandırdığını
açıkça gösterdiğini belirtti.
57. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Nanogözenekli Grafenli
membranların su
geçirgenliği , geleneksel
membranlara göre 100
hatta bazı araştırmalarda
en az 1000 kez daha
fazladır.
• Nanogözenekli grafen
membranlar bu nedenle
su saflaştırmada
gelecekte önemli rol
oynayacaktır.
Nanogözenekli Grafen katkılı membranlarNanogözenekli Grafen katkılı membranlar
58. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Nano grafen membranlar hem çok ucuz hem de yüksek yüzey
alanı nedeniyle su saflaştırma teknolojisinde çığır açacaktır.
Nano grafen mebranlarNano grafen mebranlar
59. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen tabanlı deniz suyundan tuz arındırma (desalination)
membranları nanometre ölçekli, suyun geçmesine izin veren
ancak tuz moleküllerinin geçmesine izin vermeyen yapısıyla
su arındırma en yeni teknolojidir..
Deniz suyundan tatlı su elde etmedeDeniz suyundan tatlı su elde etmede
grafen kullanımıgrafen kullanımı
60. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Tuzlu suyun membrandan geçmesi, grafenin geleneksel filtrelere göre 500
kez daha ince olması nedeniyle, çok az bir enerji ile gerçekleşmekte, bu
nedenle geleneksel membranlara göre 100 kez daha az enerjiye gereksinim
duymaktadır.
•
Grafen tabanlı membranlarGrafen tabanlı membranlar
62. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Water-solubility-driven separation of gases using graphene membrane,
Journal of membrane Science, p. 546, 2013
Suda çözünmüş gazların saflaştırılmasındaSuda çözünmüş gazların saflaştırılmasında
grafen kullanımıgrafen kullanımı
63. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen membranlar
sayesinde azotlu karışımdan
karbondioksiti de temzilemek
mümkündür.
• Karbondioksit molekülleri
grafeninin gözeneklerinden
geçerken, azot molekülleri
büyüklükleri nedeniyle
geçememektedir.
• http://scitechdaily.com/graphene-membranes-may-
help-reduce-carbon-dioxide-emissions/
Azot karışımından karbondiksitinAzot karışımından karbondiksitin
temizlenmesitemizlenmesi
64. Prof.Dr. İbrahim USLU
• HCOOH indirgeni kullanmak suretiyle katalitik olarak zararlı olan yapısal
yönlendirici içermeyen grafen nanolevhaları üzeride platin nano yapısı
• Bilindiği üzere grafen diğer karbon alotroplarına nazaran çok daha yüksek
iletkenliğine ve yüzey alanına sahiptir.
• Grafenin kendisi de aşırı lokal elektronları Pt ‘ye daha yakın bir şekilde
konumlandırarak onu elektron çekme reaksiyonları içi çok daha uygun bir hale
getirerek katalitik etkinliği artırabilir .
• platinum nanostructure on graphene nanosheets by using HCOOH as the
reducing agent, devoid of any catalytically harmful structure-directing moieties.
• It is well known that graphene has a high conductivity and surface area compared
to the other allotropes of carbon.
• Graphene itself improves the catalytic activity of Pt by ocalizing the excess
electrons closer to the Pt and thereby making it more favourable for electron
withdrawing reactions.
33
65. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen Pt yakınındaki fazla elektronları lokalize ederek
Pt’nin katalitik aktivitesini artırır.
• Bu yüzden elektron çıkarma reaksiyonlarında çok etkili
olarak kullanılmaktadır.
Grafen Pt’nin katalitik aktivitesiniGrafen Pt’nin katalitik aktivitesini
artırmaktadır.artırmaktadır.
67. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bu şekilde grafen üzerine adsorblanmış lityum atomları
görülmektedir. Bu plakalar sıkıştırıldığında yada
büküldüğünde elektrik üretirler.
Grafen yardımıyle çevre dostuGrafen yardımıyle çevre dostu
yenilenebilir elektrik üretimiyenilenebilir elektrik üretimi
68. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Günümüzde hidrojen üretiminin %48’i doğal gazdan, %30’u
ham petrolden, %18’i kömürden ve %4’ü suyun elektrolizi
yolu ile ayrıştırılmasıyla üretilmektedir.
• Grafen destekli Pt katalizleri yardımıyla %4’lük elektroliz
yoluyla hidrojen eldesi payınındaha da artması
beklenmektedir.
Güneş enerjisi yardımıyla hidrojen elde etmeGüneş enerjisi yardımıyla hidrojen elde etme
69. Prof.Dr. İbrahim USLU
Suyun elektrolizinde katalizin verimliliği çokSuyun elektrolizinde katalizin verimliliği çok
önemlidir.önemlidir.
70. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen üzerinde nanoparçacık
indiyum kalay (yeşil ve kırmızı)
katkılı platin nano parçacıkları
(mavi).
• Grafen Pt katalizörü çok iyi
destekleyici malzeme
olmasının yanı sıra grafenin
büyük yüzey alanı dolayısıyla
Pt’nin daha fazla alana
yayılmasını sağlar ve reaksiyon
verimliliğinin artmasına sebeb
olur. Bunun yanısıra çok iyi
elektrik iletken malzemedir.
Yakıt hücrelerinde grafen kullanımıYakıt hücrelerinde grafen kullanımı
72. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafenin azot gazı ortamında direk olarak bilyeli öğütma
yöntemiyle karbon bağlarını kırarak kırılan bağlara azot
bağlanması deneyleri başarılı bir şakilde yapılmaktadır.
• Grafene azot fiksleme son derece önemlidir. Böylece gübre,
amonyak gazı üretimi, patlayıcılar gibi çok önemli sanayii
kollarında üretim ciddi bir şekilde ucuzlayacaktır.
Grafene azot bağlamaGrafene azot bağlama
73. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bilyeli öğütme ve karıştırma
yöntemiyle mekanokimyasal
yöntemle C−C bağlarının
kırılarak aktif hale gelmiş
karbonların direk havadaki
azotla bağlanması ve kırılan
bağlarda oluşan 5 yada altılı
azot yapılı malzemelerin sadece
amonyak üretimi, patlayıcılar
gibi sanayi kollarında değil ayni
zamanda katalizör olarak güneş
hücrelerinde yada yakıt
hücrelerinde geleneksel Pt
temelli katalizörlerin yerine
kullanılması hem katalizör
verimliliğini artıracak hem de
katalizör fiyatlarını da önemli
ölçüde azaltacaktır.
Azotla fiksleşmiş grafenin Pt katalizörlerinAzotla fiksleşmiş grafenin Pt katalizörlerin
yerine kullanılmasıyerine kullanılması
74. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen dünyayı değiştirecektir.
• Bu nedenle ABD ve Avrupa tarafından
stratejik bir materyal olarak kabul edilmiştir.
• Dünyada grafen yapımında kullanılan
kaynaklara bu nedenle birkaç şirket
hakimdir.
• Bu kaynakların %70’i de Çin kontrolü
altındadır.
• Grafenin nerelerde kullanıldığı kadar kim
tarafından da temin edileceği çok önemlidir.
• Bu konuda çalışanlarda dikkatle
izlenmektedir.
ÖzetleÖzetle
76. Prof.Dr. İbrahim USLU
• Beni dinlediğiniz için
teşekkürler
Grafen bir mucizevi malzemedir,Grafen bir mucizevi malzemedir,
Dünyayı değiştirecektirDünyayı değiştirecektir