Bu çalışma, yüksek basınçlı çelik otoklav kullanmadan geniş alanlı titanyum dioksit (TiO₂) nanorod fotoanotlar üretmenin mümkün olup olmadığını araştırmaktadır. Araştırmacılar, FTO iletken cam üzerinde 100 °C’de ve 4 saat süreyle uygulanan Petri kabı tabanlı hidrotermal büyütmeyi; yaklaşık 2 nm kalınlığında Al₂O₃ yüzey pasivasyonu ve elektrokimyasal indirgeme işlemiyle birleştirmiştir. Optimize edilen TiO₂/Al₂O₃-ER fotoanot, 1,23 V_RHE potansiyelinde 2,35 mA cm^-2 fotokurım yoğunluğuna ve %96,7 yüzey yük ayrışma verimine ulaşmıştır. Bununla birlikte ölçümler haricî potansiyel uygulanan üç elektrotlu laboratuvar hücresinde gerçekleştirilmiş; tarafsız tam hücre güneşten hidrojene verimi ve nicel hidrojen üretim hızı belirlenmemiştir.

Üretim yönteminin ilk aşaması, gözenekli ve konik uçlara sahip rutil TiO₂ nanorod dizileri oluşturmuştur. Yazarların önerdiği mekanizmaya göre yüksek eğrilikli uçlar yerel elektrik alanını güçlendirerek OH^- iyonlarının etkin bölgelere taşınmasını ve oksijen oluşum tepkimesini kolaylaştırmaktadır. Nanorodlardaki 5–35 nm aralığında bildirilen mezogözenekler ise elektrot-elektrolit temasını ve elektrokimyasal olarak etkin yüzey alanını artırmaktadır. Yerel elektrik alan mekanizması doğrudan alan ölçümü veya sayısal elektrik alan haritasıyla doğrulanmamış; şekil ve performans sonuçlarından hareketle önerilmiştir.

Yaklaşık 2 nm’lik amorf Al₂O₃ kaplama, yüzey kusurlarını pasive ederek fotoüretilmiş yüklerin yüzeyde yeniden birleşmesini azaltmıştır. Ardından uygulanan elektrokimyasal indirgeme, oksijen boşluğu/Ti³⁺ oranlarını yükselterek elektron iletimini ve arayüz yük aktarımını geliştirmiştir. Çıplak TiO₂ fotoanotta 1,72 mA cm^-2 olan fotokurım, Al₂O₃ kaplamayla 2,03 mA cm^-2’ye ve indirgeme işleminden sonra 2,35 mA cm^-2’ye çıkmıştır.

Optimize fotoanot 50 saatlik kesintisiz aydınlatma sonunda başlangıç fotokurımının %96,8’ini korumuştur. Ayrıca 10 × 10 cm² boyutunda bir fotoanot üretilmiş ve üç elektrodun paralel istiflendiği düzenekte toplam akım yoğunluğu 3,82 mA cm^-2 olarak ölçülmüştür. Ancak 100 cm² numunenin alan genelindeki fotokurım dağılımı, toplam gaz üretimi, büyük alan kararlılığı ve seri üretim maliyeti ölçülmemiştir. Dolayısıyla çalışma ölçek büyütme için önemli bir üretilebilirlik gösterimi sunmakta, fakat endüstriyel uygulamayı henüz doğrulamamaktadır.

Araştırmanın temel problemi nedir?

Fotoelektrokimyasal su ayrıştırma, yarı iletken elektrotların ışık enerjisini kullanarak suyu hidrojen ve oksijene ayırmasını amaçlayan bir enerji dönüşüm yöntemidir. Fotoanotta oksijen oluşum tepkimesi, karşı elektrot tarafında ise hidrojen oluşum tepkimesi gerçekleşir.

Bir fotoanot ışık soğurduğunda elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Elektronların ve boşlukların faydalı tepkimelere katılabilmesi için şu aşamaların birlikte etkin olması gerekir:

• Işığın yarı iletken tarafından soğurulması,
• Elektron ve boşlukların malzeme içinde birbirinden ayrılması,
• Yüklerin yeniden birleşmeden ilgili yüzeye taşınması,
• Yüzeye ulaşan boşlukların suyu veya OH^- iyonlarını oksitlemesi,
• Oluşan elektronların dış devre üzerinden karşı elektroda aktarılması.

TiO₂; düşük maliyeti, kimyasal kararlılığı ve çevresel açıdan görece uygun yapısı nedeniyle en yaygın fotoanot malzemelerinden biridir. Buna karşılık geniş bant aralığı, güneş ışığının büyük bölümünden yararlanılmasını sınırlar. Düşük taşıyıcı hareketliliği ve yüzey kusurları da elektronlarla boşlukların faydalı tepkimeye katılmadan yeniden birleşmesine neden olabilir.

Çalışmanın ikinci problemi üretim ölçeğidir. Geleneksel hidrotermal nanorod üretimi çoğunlukla yüksek basınca dayanıklı kapalı otoklavlar içinde gerçekleştirilir. Otoklav hacmi, işlenebilecek FTO camın boyutunu sınırlandırabilir. Buhar biriktirme gibi alternatifler ise daha karmaşık veya pahalı ekipman gerektirebilir.

Araştırmacılar bu nedenle iki sorunu birlikte ele almaktadır:

1. Otoklav olmadan geniş alanlı ve düzgün TiO₂ nanorod fotoanot üretilebilir mi?
2. Ölçeklenebilir üretim korunurken yük ayrışması, yüzey tepkimesi ve kararlılık nasıl geliştirilebilir?

Çalışmanın önerdiği üçlü geliştirme stratejisi

Çalışma tek bir değişikliğe değil, birbirini tamamlayan üç yapısal ve kimyasal müdahaleye dayanmaktadır:

Bu üç bileşen aynı fiziksel etkiden sorumlu değildir. Al₂O₃ esas olarak yüzey pasivasyonuna, indirgeme işlemi ise malzemenin iç ve yüzeye yakın bölgelerindeki kusur mühendisliğine yöneliktir. Mezogözenekli mimari ise reaksiyona açık alanı ve taşıma yollarını değiştirmektedir.

Petri kabı tabanlı üretim yöntemi

FTO, flor katkılı kalay oksit kaplı iletken camdır ve fotoanodun ışık alan elektriksel tabanı olarak kullanılmıştır. FTO numuneleri önce deiyonize su, etanol ve asetonda ultrasonik olarak temizlenmiştir.

Hidrotermal çözelti şu bileşenlerle hazırlanmıştır:

• 30 mL deiyonize su,
• 20 mL etanol,
• 50 mL, %36–38 derişimli hidroklorik asit,
• 4,5 mL titanyum bütoksit.

Su ve etanol hidroklorik asitle karıştırılmış, beş dakika karıştırıldıktan sonra titanyum bütoksit eklenmiş ve karıştırma on dakika daha sürdürülmüştür. FTO cam çözeltiye daldırılmış ve elektrikli fırında 100 °C’de dört saat tutulmuştur.

Bu aşamada geleneksel paslanmaz çelik otoklav yerine cam Petri kabı kullanılmıştır. İşlem yüksek basınçlı otoklav gerektirmese de üretim rotasının bütünü düşük sıcaklıklı değildir. Nanorodlar yıkandıktan sonra kristal yapıyı geliştirmek amacıyla 750 °C’de 30 dakika tavlanmıştır.

Etanolün üretimdeki rolü

Öncü çözeltiye 20 mL etanol eklenmesi fotokurım performansı açısından kritik bulunmuştur. Etanol kullanılmayan veya uygun olmayan koşuldaki değer 0,77 mA cm^-2 iken optimize etanol miktarıyla 1,72 mA cm^-2 elde edilmiştir.

Araştırmacılar etanolün suyun bir bölümünü ikame ederek daha kısa sürede yoğun TiO₂ film büyümesini kolaylaştırdığını belirtmektedir. Farklı etanol miktarlarına ait ayrıntılı eğriler Şekil S9’a yönlendirilmiş, ancak destekleyici şekil yüklenen dosyada bulunmamaktadır.

Al₂O₃ pasivasyon tabakası nasıl hazırlanmıştır?

TiO₂ nanorod kaplı FTO, 5 mM Al(NO₃)₃ sulu çözeltisine dört dakika daldırılmıştır. Numune daha sonra havada 200 °C’de bir saat tavlanmıştır.

Daldırma süresi çok kısa olduğunda yüzeyin tam kaplanamadığı, çok uzun olduğunda ise gözeneklerin kapanabildiği, ışık soğurmanın zayıflayabildiği ve yük aktarım direncinin artabildiği belirtilmektedir. Ayrıntılı süre optimizasyonu Şekil S11’de verilmiş olmakla birlikte söz konusu şekil yüklenen PDF’de bulunmamaktadır.

Elektrokimyasal indirgeme nasıl uygulanmıştır?

TiO₂/Al₂O₃ fotoanotlar 1 M KOH içinde Ag/AgCl referans elektroduna göre -0,5 V sabit potansiyelde indirgenmiştir. İncelenen süreler 0, 30, 60, 120 ve 180 saniyedir.

İşlemin amacı TiO₂ kafesinden oksijen uzaklaştırarak oksijen boşlukları oluşturmak ve Ti⁴⁺ türlerinin bir bölümünü Ti³⁺ durumuna indirgemektir. Çok uzun indirgeme süresinin aşırı kusur oluşumuna ve kristal bütünlüğünün bozulmasına neden olabildiği belirtilmiştir.

Optimize edilen nihai numunenin tam indirgeme süresi ana metinde açık biçimde yazılmamış, Şekil S12’deki optimizasyona yönlendirilmiştir. Destekleyici şekil yüklenen dosyada bulunmadığından süre tahmin edilmemiştir.

Nanorodların morfolojisi

SEM görüntülerinde nanorodların yaklaşık 400–600 nm uzunluğunda ve 100–170 nm çapında olduğu belirtilmektedir. Kesit SEM görüntüsündeki işaretleme toplam film kalınlığını yaklaşık 862 nm olarak göstermektedir. Bireysel nanorod uzunluğu ile toplam kaplama kalınlığı arasındaki bu fark, alt tabaka üzerindeki büyüme düzeni ve görüntüde ölçülen toplam katmanla ilişkili olabilir; çalışma bu iki ölçümü ayrıca uzlaştırmamıştır.

Üstten görünümde nanorodlar sık biçimde bir araya gelmiş, yuvarlaklaşmış veya sivrilen uçlara sahip bir dizi oluşturmaktadır. Kesit görüntüsünde nanorodların FTO yüzeyine bağlı ve büyük ölçüde dikey yönde büyüdüğü görülmektedir.

TEM görüntüsü, bir araya gelmiş ve iki konik uç oluşturan nanorod yapısını göstermektedir. Yazarlar bu geometrinin sıradan dörtgen kolon biçimli TiO₂ nanorodlardan farklı olduğunu vurgulamaktadır.

Konik uç etkisi ne anlama gelmektedir?

Yüksek eğrilikli sivri uçlarda elektrik alan çizgilerinin yoğunlaşması, “uç etkisi” olarak adlandırılmaktadır. Çalışmanın mekanizma şemasında bu alanın OH^- iyonlarını uca yakın etkin bölgelere yönlendirdiği ve oksijen oluşum tepkimesini hızlandırdığı önerilmektedir.

Önerilen süreç şu şekilde özetlenebilir:

1. Işık TiO₂ içinde elektron ve boşluklar oluşturur.
2. Boşluklar fotoanot yüzeyine taşınır.
3. Konik uç yakınındaki yerel alan, yüklü türlerin taşınımını ve OH^- birikimini kolaylaştırır.
4. Yüzeydeki boşluklar OH^- türlerini oksitleyerek O₂ oluşumuna katkıda bulunur.

Bu mekanizma performans artışıyla uyumludur; ancak çalışmada uç çevresindeki elektrik alan şiddeti doğrudan ölçülmemiş, sonlu elemanlar benzetimiyle nicel alan haritası verilmemiş ve uçlu-uçsuz aynı kimyaya sahip kontrollü nanorodlar ayrı ayrı karşılaştırılmamıştır. Bu nedenle uç etkisinin katkısı, bütün mimarinin toplam etkisinden tam olarak ayrıştırılamamaktadır.

Mezogözenekli yapı

HAADF-STEM görüntülerinde nanorodların içinde çok sayıda açık renkli ve koyu gözenek bölgesi görülmektedir. Çalışmada destekleyici gözenek dağılımı analizine dayanılarak gözenek çaplarının çoğunlukla 5–35 nm arasında olduğu bildirilmiştir.

Mezogözenekli mimarinin üç katkısı önerilmektedir:

• Elektrolitle temas eden yüzey alanını artırmak,
• Daha fazla yüzey reaksiyon bölgesi oluşturmak,
• Yüklerin ve reaksiyon türlerinin taşınması gereken mesafeyi azaltmak.

Gözenek çapı dağılımını içeren Şekil S3 yüklenen PDF’de bulunmadığından histogramın biçimi, örnek sayısı ve dağılım belirsizliği bağımsız olarak incelenememiştir.

Al₂O₃ tabakasının mikroskobik kanıtı

HRTEM görüntüsü TiO₂ nanorod yüzeyini örten, yaklaşık 2 nm kalınlığında amorf bir Al₂O₃ tabakası göstermektedir. Kaplama kristal saçaklar sergilemediği için amorf olarak yorumlanmıştır.

TiO₂ içindeki ortalama kafes saçak mesafesi 0,313 nm olarak ölçülmüş ve rutil TiO₂’nin (110) düzlemiyle eşleştirilmiştir. Pik yoğunluğu profilinde yaklaşık on kafes aralığının toplamı 3,13 nm olarak gösterilmektedir.

HAADF-STEM ve EDS haritalarında Ti, O ve Al sinyalleri nanorod boyunca görülmüştür. Al sinyalinin nanorod yüzeyi ve genel şekli boyunca dağılması, kaplamanın geniş ölçekte uygulandığını desteklemektedir. Bununla birlikte EDS haritalamasının uzaysal çözünürlüğü, her noktada kaplama kalınlığının kesin olarak 2 nm olduğunu göstermez; kalınlık HRTEM’de seçilen yerel bölgeden ölçülmüştür.

Kristal yapı ve gerilim gevşemesi

XRD desenlerinde bütün fotoanotların baskın fazı rutil TiO₂ olarak belirlenmiştir. Diğer belirgin pikler FTO alt tabakasındaki tetragonal SnO₂ fazına aittir. Amorf ve çok ince Al₂O₃ tabakası için ayrı bir kırınım piki görülmemiştir.

TiO₂’nin (101) ve (211) pikleri Al₂O₃ kaplama ve düşük sıcaklıklı tavlama sonrasında daha düşük 2θ açılarına kaymıştır. Yazarlar bu kaymayı gerilim gevşemesiyle açıklamaktadır:

1. 750 °C’lik ilk tavlama ve hızlı soğuma, TiO₂ ile FTO arasındaki termal uyumsuzluk ve faz dönüşümü nedeniyle artık basma gerilimi oluşturabilir.
2. 200 °C’deki ikinci tavlama, kafesteki atomların daha düşük enerjili konumlara gevşemesine izin verebilir.
3. Al–O–Ti bağları yüzey sınır koşullarını değiştirerek gerilimin yeniden dağılımına katkıda bulunabilir.

Çalışma artık gerilimi doğrudan Raman kayması, eğrilik ölçümü veya mekanik gerilim analiziyle nicel olarak belirlememiştir. XRD pik kaymaları yapısal değişimin temel kanıtıdır.

Işık soğurma ve bant aralığı

UV-vis spektrumlarında indirgenmiş TiO₂/Al₂O₃-ER örneği en yüksek soğurmayı göstermiştir. Spektrumlarda görünür bölgeye uzanan bir soğurma kuyruğu bulunmaktadır.

Tauc grafiklerinde çıplak TiO₂ için yaklaşık 3,01 eV, indirgenmiş fotoanot için yaklaşık 2,89 eV optik geçiş değeri işaretlenmiştir. Yazarlar bu değişimi elektrokimyasal indirgeme sonrasında oluşan Ti³⁺ türleri ve oksijen boşluklarının bant aralığı içinde kusur düzeyleri oluşturmasıyla ilişkilendirmektedir.

Görünür bölgede ek soğurma görülmesi, bu fotonların tamamının eşit verimle faydalı akıma dönüştüğü anlamına gelmez. IPCE sonuçları, en yüksek dönüşümün hâlâ ağırlıklı olarak 350–420 nm morötesi ve yakın morötesi bölgede bulunduğunu göstermektedir.

Oksijen boşlukları ve Ti³⁺ türleri

O 1s XPS spektrumları üç bileşene ayrılmıştır:

• Yaklaşık 529,6 eV: kafes oksijeni,
• Yaklaşık 531,2 eV: oksijen boşluğu bağlantılı bileşen,
• Yaklaşık 532,5 eV: kimyasal olarak adsorplanmış oksijen.

Al₂O₃ kaplamadan sonra oksijen boşluğu bağlantılı oran yükselirken Ti³⁺ oranı bir miktar azalmıştır. Yazarlar bunu Al–O–Ti arayüzündeki yük dengelemesi ve Al³⁺ türlerinin Ti⁴⁺ çevresindeki yerel yapıyı değiştirmesiyle açıklamaktadır.

Elektrokimyasal indirgeme sonrasında hem oksijen boşluğu hem de Ti³⁺ oranı belirgin biçimde artmıştır. Ti 2p piklerinin daha düşük bağlanma enerjisine kayması da artan Ti³⁺ içeriğini desteklemektedir. Al 2p spektrumundaki yaklaşık 74,1 eV pik ise Al³⁺ durumundaki Al₂O₃ varlığıyla eşleştirilmiştir.

Fotoelektrokimyasal ölçüm düzeni

Performans ölçümleri üç elektrotlu bir hücrede gerçekleştirilmiştir:

• Çalışma elektrodu: 1 cm² aydınlatılan TiO₂ fotoanot,
• Referans elektrot: 3,0 M NaCl içeren Ag/AgCl,
• Karşı elektrot: Platin plaka,
• Elektrolit: 1 M NaOH,
• Işık: AM 1.5G, 100 mW cm^-2 benzetilmiş güneş ışığı.

Üç elektrotlu hücre, fotoanodun potansiyele bağlı davranışını ayrıntılı biçimde incelemeye uygundur. Ancak bu düzen, haricî gerilim olmadan çalışan tamamlanmış bir güneş-hidrojen cihazı değildir. Fotokurım yoğunluğu ve uygulanan öngerilim verimi bu nedenle doğrudan güneşten hidrojene tam sistem verimiyle eş tutulmamalıdır.

Potansiyellerin RHE ölçeğine çevrilmesi

Ag/AgCl referansına göre ölçülen potansiyeller geri dönüşümlü hidrojen elektrodu ölçeğine şu ilişkiyle dönüştürülmüştür:

\[ E_{\mathrm{RHE}}=E_{\mathrm{Ag/AgCl}}+0{,}059\,\mathrm{pH}+E_{\mathrm{Ag/AgCl}}^{0} \]

25 °C’de:

\[ E_{\mathrm{Ag/AgCl}}^{0}=0{,}1976\ \mathrm{V} \]

• E_RHE: Geri dönüşümlü hidrojen elektroduna göre potansiyel,
• E_Ag/AgCl: Ag/AgCl referansına göre ölçülen potansiyel,
• pH: Elektrolitin asitlik-bazlık değeri,
• E⁰_Ag/AgCl: Referans elektrodun standart potansiyelidir.

Mott-Schottky denklemi ve metindeki gösterim sorunu

Çalışmada yük taşıyıcı yoğunluğunu hesaplamak için verilen denklem PDF’de şu biçimde basılmıştır:

\[ \left(\frac{A_S}{C_{\mathrm{bulk}}}\right)= \frac{2}{q\varepsilon_r\varepsilon_0N_D} \left(V-E-\frac{k_BT}{q}\right) \]

• A_S: Yüzey alanı düzeltmesi,
• C_bulk: Uzay yükü kapasitansı,
• N_D: Verici veya taşıyıcı yoğunluğu,
• V: Uygulanan potansiyel,
• k_B: Boltzmann sabiti,
• T: 298 K,
• q: Temel elektrik yükü,
• ε₀: Vakum elektriksel geçirgenliği,
• ε_r: TiO₂ için 170 alınan bağıl geçirgenliktir.

Metin, denklemdeki enerji terimini düz bant potansiyeli E_FB olarak açıklamasına rağmen denklemde yalnızca E yazmaktadır. Ayrıca PDF’de kapasitans terimi karesi olmadan basılmıştır. Bu makalede denklem sessizce düzeltilmemiş; yeniden üretim açısından önemli olabilecek bu iç gösterim tutarsızlığı açıkça belirtilmiştir.

Foton-akım dönüşüm verimi

Dalga boyuna bağlı foton-akım dönüşüm verimi şu denklemle hesaplanmıştır:

\[ \mathrm{IPCE}= \frac{1240\,J} {P_{\mathrm{light}}\lambda} \]

• J: Monokromatik ışık altında ölçülen fotokurım yoğunluğu, mA cm^-2,
• P_light: İlgili dalga boyundaki ışık gücü, mW cm^-2,
• λ: Gelen ışığın dalga boyu, nm,
• 1240: Foton enerjisi ile dalga boyu arasındaki dönüşümden gelen katsayıdır.

IPCE, belirli dalga boyundaki gelen fotonların ne kadarının ölçülebilir elektrik akımına dönüştüğünü ifade eder. Tam hücrenin hidrojen üretim verimi değildir.

Uygulanan öngerilim foton-akım verimi

Çalışmada uygulanan öngerilim foton-akım verimi şu ilişkiyle verilmiştir:

\[ \mathrm{ABPE}= \frac{J_{\mathrm{ph}}\left(1{,}23-E\right)} {P_{\mathrm{irradiation}}} \]

• J_ph: Fotokurım yoğunluğu,
• 1,23 V: Suyun ayrışması için kullanılan termodinamik potansiyel,
• E: Fotoanoda uygulanan potansiyel,
• P_irradiation: Gelen ışık gücü yoğunluğudur.

ABPE, dışarıdan uygulanan elektriksel öngerilimi hesaba katan bir fotoelektrot ölçütüdür. Haricî gerilim olmadan çalışan bir cihazın güneşten hidrojene verimi değildir.

Sentez koşullarının optimizasyonu

Petri kabı yöntemi için en yüksek çıplak TiO₂ performansı şu koşullarda elde edilmiştir:

• 4,5 mL titanyum bütoksit,
• 20 mL etanol,
• 100 °C hidrotermal sıcaklık,
• 4 saat büyütme süresi,
• 750 °C’de 30 dakika tavlama.

Bu koşullarda çıplak TiO₂ fotoanot, 1,23 V_RHE değerinde 1,72 mA cm^-2 fotokurım üretmiştir. Çalışmadaki karşılaştırma tablosunda geleneksel otoklavla hazırlanan bazı TiO₂ nanorod fotoanotlar için 0,32–0,96 mA cm^-2 aralığında değerler verilmektedir.

Tablo 1’in başlığı otoklavla sentezlenen fotoanotlara atıf yapmasına rağmen ilk satırda otoklavsız mevcut çalışma da yer almaktadır. Bu bir başlık kapsamı tutarsızlığıdır; sayısal değerleri değiştirmemekle birlikte tablo yorumlanırken dikkate alınmalıdır.

Fotokurım yoğunluğundaki gelişim

Petri kabı yöntemiyle üretilen çıplak fotoanot, çalışmadaki geleneksel TiO₂ karşılaştırmasına göre yaklaşık 3,2 kat daha yüksek fotokurım vermiştir. Al₂O₃ kaplamanın ek artışı yaklaşık 0,31 mA cm^-2, elektrokimyasal indirgemenin ek katkısı ise yaklaşık 0,32 mA cm^-2 olmuştur.

Bu karşılaştırma birbirini izleyen numune değişikliklerini göstermektedir. Ayrı bir konik olmayan fakat aynı gözeneklilikte kontrol veya gözeneksiz fakat aynı uç geometrisine sahip kontrol hazırlanmadığından morfolojinin iki bileşeninin etkisi tam olarak ayrıştırılmamıştır.

ABPE sonuçları

Al₂O₃ ve indirgeme işlemi ABPE tepesini yükseltmiş ve çıplak TiO₂’ye kıyasla daha düşük uygulanan potansiyelde elde edilmesini sağlamıştır.

Taşıyıcı yoğunluğu ve düz bant potansiyeli

Al₂O₃ sonrasında taşıyıcı yoğunluğunun yükselmesi, yüzey tuzaklarının azalması ve kullanılabilir taşıyıcıların artmasıyla ilişkilendirilmiştir. Elektrokimyasal indirgeme taşıyıcı yoğunluğunu daha da yükseltmiştir.

Bu değerler Mott-Schottky eğiminden, TiO₂ için sabit kabul edilen bağıl geçirgenlik ve ideal uzay yükü yaklaşımı kullanılarak hesaplanmıştır. Dolayısıyla doğrudan taşıyıcı sayımı değildir ve model varsayımlarına bağlıdır.

Empedans sonuçları

Fotoelektrokimyasal empedans spektroskopisi 0,25 V_RHE değerinde, 0,1 Hz–100 kHz frekans aralığında ve bir güneş aydınlatması altında gerçekleştirilmiştir. Nyquist eğrileri iki RC birimli eşdeğer devreyle uydurulmuştur.

Al₂O₃ kaplama arayüz yük aktarım direncini azaltırken tuzak bağlantılı direnci büyük ölçüde korumuştur. Yazarlar bu sonucu kaplamanın ağırlıklı olarak yüzeyde etkili olmasıyla yorumlamaktadır.

Elektrokimyasal indirgeme sonrasında hem arayüz yük aktarım direnci hem de tuzak direnci azalmıştır. Bu bulgu, indirgeme işleminin yalnızca yüzey reaksiyonunu değil, malzeme içindeki taşıyıcı hareketini de değiştirdiği yorumunu desteklemektedir.

Eşdeğer devrenin tam sayısal parametreleri Şekil S13’e yönlendirilmiş, ancak destekleyici şekil dosyada bulunmamaktadır. Bu nedenle direnç ve kapasitansların sayısal değerleri ana PDF üzerinden aktarılamamıştır.

Açık devre fotovoltajı

Karanlık ile aydınlatılmış durum arasındaki açık devre potansiyel farkı şu değerlerde ölçülmüştür:

Daha büyük fotovoltaj, ışık altında daha fazla yük ayrışması ve yüzeyde daha yüksek taşıyıcı birikimiyle ilişkilendirilmiştir. Al₂O₃ kaplamadan sonraki büyük artış, yüzey yeniden birleşmesinin sınırlandırılmasının temel katkılardan biri olduğunu göstermektedir.

Dalga boyuna bağlı IPCE

Bütün fotoanotlar 350–420 nm aralığında en yüksek IPCE değerlerini göstermiştir. Yaklaşık 350 nm’de:

• TiO₂: yaklaşık %42,
• TiO₂/Al₂O₃: yaklaşık %48,
• TiO₂/Al₂O₃-ER: yaklaşık %50.

360–390 nm aralığında indirgenmiş numunenin IPCE’si bazı noktalarda yalnızca Al₂O₃ kaplı numuneden biraz düşük kalmıştır. Buna karşılık 390–550 nm aralığında oksijen boşluğu ve Ti³⁺ bağlantılı durumların indirgenmiş numuneye daha belirgin katkı sağladığı görülmektedir.

IPCE spektrumunun AM 1.5G güneş spektrumuna göre integrasyonundan elde edilen hesaplanmış fotokurımlar:

• TiO₂: 1,73 mA cm^-2,
• TiO₂/Al₂O₃: 2,03 mA cm^-2,
• TiO₂/Al₂O₃-ER: 2,36 mA cm^-2.

Bu değerler J–V ölçümlerindeki 1,72; 2,03 ve 2,35 mA cm^-2 sonuçlarıyla yakın uyumludur.

Yüzey ve hacim yük ayrışma verimleri

Yüzey ve hacim katkılarını ayırmak amacıyla 1 M NaOH elektrolitine 0,5 M Na₂SO₃ boşluk yakalayıcı eklenmiştir.

Yüzey yük ayrışma verimi, fotoanot yüzeyine ulaşan boşlukların ne kadarının yeniden birleşmeden su oksidasyonuna katıldığını ifade etmektedir.

Hacim yük ayrışma verimi, malzeme içinde üretilen boşlukların ne kadarının hacim içinde yeniden birleşmeden yüzeye ulaşabildiğini ifade etmektedir.

En büyük gelişme yüzey veriminde ortaya çıkmıştır. Bu sonuç, performans artışının ana bölümünün yüzey kusurlarının pasivasyonu ve arayüz yük aktarımının geliştirilmesiyle ilişkili olduğunu göstermektedir. Hacim verimindeki artış daha sınırlıdır.

Yazarlar %96,7 değerini rekor düzeyde yüzey yük ayrışma verimi olarak tanımlamaktadır. Çalışma bu “rekor” iddiası için kapsamlı ve sistematik bir meta-analiz sunmamaktadır; bu nedenle ifade yazarların literatür değerlendirmesi olarak okunmalıdır.

Elektrokimyasal olarak etkin yüzey alanı

Çift tabaka kapasitansı, döngüsel voltametri eğrilerinden hesaplanmıştır:

ECSA şu ilişkiyle hesaplanmıştır:

\[ \mathrm{ECSA}=\frac{C_{\mathrm{dl}}}{C_s} \]

Burada özgül kapasitans:

\[ C_s=40\ \mu\mathrm{F\,cm^{-2}} \]

olarak kabul edilmiştir.

İndirgenmiş numunenin çift tabaka kapasitansı, yalnız Al₂O₃ kaplı numunenin 1,74 katı ve çıplak TiO₂’nin 1,88 katıdır. ECSA mutlak bir geometrik yüzey ölçümü değil, kabul edilen özgül kapasitansa dayalı dolaylı bir karşılaştırmadır.

50 saatlik kararlılık

Al₂O₃ tabakasının yüzeyi elektrolitten kısmen izole ederek fotokorozyonu ve yan tepkimeleri sınırlandırdığı; indirgeme işleminin ise yük aktarımını ve kaplama-altlık arayüzünü geliştirdiği öne sürülmektedir.

Elli saatlik test laboratuvar ölçeğinde anlamlı bir kararlılık göstergesidir; ancak aylar veya yıllar süren güneş-hidrojen işletimini temsil etmez. Test sonrasında mikroyapı, Al çözünmesi, oksijen boşluğu yoğunluğu veya gaz üretim veriminin yeniden ölçüldüğü ayrıntılı bir bozunma analizi verilmemiştir.

Paralel fotoanot istifi

Kısa ve kısmen ışık geçirgen nanorod filmlerinden yararlanılarak bir, iki ve üç fotoanodun paralel yerleştirildiği düzenek hazırlanmıştır.

Her ek elektrot toplam akımı artırmış, ancak katkı giderek azalmıştır. Üst katmanların ışığı soğurması ve saçması nedeniyle ikinci fotoanoda daha az, üçüncü fotoanoda ise daha da az ışık ulaşmaktadır.

Üçlü düzenek çalışırken fotoanotlarda oksijen ve platin katotta hidrojen kabarcıkları görsel olarak gösterilmiştir. Buna rağmen gaz kromatografisi, hacimsel gaz ölçümü, H₂:O₂ stokiyometrisi veya Faradaik verim raporlanmamıştır. Kabarcık görüntüsü gaz oluşumunu destekler, fakat nicel hidrojen üretim verimi sağlamaz.

10 × 10 cm² fotoanot

Petri kabı yöntemiyle 10 × 10 cm² boyutunda TiO₂ kaplı FTO numunesi hazırlanmıştır. Fotoğrafta kaplamanın makroskopik ölçekte tüm yüzeye yayıldığı ve alttaki baskılı desenlerin görülebildiği görülmektedir.

Bu gösterim, otoklav hacmine bağlı olmayan daha büyük altlıkların işlenebildiğini desteklemektedir. Ancak çalışma büyük alanlı numune için şu ölçümleri vermemektedir:

• 100 cm² alanın tamamındaki fotokurım yoğunluğu,
• Merkez-kenar kalınlık ve morfoloji haritası,
• Alan genelindeki elektrik direnci,
• Toplam hidrojen ve oksijen üretim hızı,
• Büyük alan kararlılık testi,
• Üretim verimi veya kusurlu numune oranı.

Dolayısıyla 10 × 10 cm² örnek, geniş alanlı büyümenin fiziksel olarak yapılabildiğini gösterir; 100 cm² cihazın küçük numuneyle aynı verimde çalıştığını kanıtlamaz.

Şekil 1’in teknik yorumu

Şekil 1’in üst sırası Petri kabında nanorod büyütme, 750 °C tavlama, Al(NO₃)₃ kaplama ve elektrokimyasal indirgeme adımlarını sıralı biçimde göstermektedir.

SEM görüntüleri yoğun nanorod dizisini ve yaklaşık 862 nm toplam film kalınlığını; TEM görüntüsü konik uçlu, birleşik ve gözenekli bir nanorodu göstermektedir. HRTEM’de rutil (110) kafes aralığıyla yaklaşık 2 nm Al₂O₃ sınırı birlikte görülmektedir. Alt sıradaki element haritaları Ti, O ve Al dağılımını görselleştirmektedir.

Şekil 2’nin teknik yorumu

XRD grafiklerinde rutil TiO₂ ana fazı korunurken seçili piklerin düşük açıya kayması gerilim gevşemesiyle ilişkilendirilmektedir. UV-vis ve Tauc grafikleri indirgenmiş numunenin daha geniş optik soğurma ve daha düşük hesaplanmış geçiş enerjisi gösterdiğini ortaya koymaktadır.

O 1s ve Ti 2p XPS ayrıştırmaları, elektrokimyasal indirgeme sonrasında oksijen boşluğu ve Ti³⁺ bağlantılı bileşenlerin arttığını göstermektedir. Al 2p piki, Al₂O₃ kaplamanın kimyasal kanıtlarından biridir.

Şekil 3’ün teknik yorumu

J–V eğrilerinde siyah TiO₂, kırmızı TiO₂/Al₂O₃ ve mavi TiO₂/Al₂O₃-ER eğrileri sıralı performans artışı göstermektedir.

Uç etkisi şeması, OH^- iyonlarının yüksek elektrik alanlı nanorod ucuna yönelmesini ve O₂ oluşumunu göstermektedir. ABPE grafiğinde indirgenmiş numune en yüksek tepeye sahiptir. Mott-Schottky, empedans ve OCP grafikleri taşıyıcı yoğunluğu, yük aktarımı ve fotovoltajdaki iyileşmeleri tamamlayıcı biçimde göstermektedir.

Literatür karşılaştırma grafiğinde çalışmanın çıplak TiO₂ değeri 1,72 mA cm^-2 ile seçilen referanslardan daha yüksek gösterilmektedir. Bu karşılaştırma makalede seçilen ve benzer koşullarda raporlanan çalışmalarla sınırlıdır; bütün TiO₂ literatürünü kapsayan sistematik inceleme değildir.

Şekil 4’ün teknik yorumu

IPCE grafiği performansın ağırlıklı olarak morötesi bölgede toplandığını göstermektedir. Yüzey ayrışma verimi eğrileri neredeyse bütün potansiyel aralığında indirgenmiş numuneyi üstte konumlandırırken, hacim verimi eğrileri arasındaki fark daha küçüktür.

Çift tabaka kapasitansı grafiğinde indirgenmiş numunenin eğimi belirgin biçimde daha büyüktür. Elli saatlik kararlılık grafiğinde mavi eğri yüksek ve görece yatay kalırken çıplak TiO₂ eğrisi sürekli düşmektedir.

Alt mekanizma şeması yüksek sıcaklık tavlamasından sonra artık gerilimli TiO₂, Al(NO₃)₃ işlemiyle Al–O–Ti/Al₂O₃ oluşumu ve elektrokimyasal indirgemeyle Ti³⁺ ile oksijen boşluklarının artışını göstermektedir.

Şekil 5’in teknik yorumu

Bir, iki ve üç katlı fotoanotların J–V eğrileri toplam akımın katman sayısıyla arttığını, fakat artışın doğrusal olmadığını göstermektedir. Katman katkısı grafiği ikinci ve üçüncü elektrodun giderek azalan payını açık biçimde ortaya koymaktadır.

Çalışan hücre fotoğrafında elektrot yüzeylerinde gaz kabarcıkları görülmektedir. Büyük alan fotoğrafı ise 10 × 10 cm² altlık üzerindeki kaplamanın makroskopik görünümünü sunmaktadır.

Grafiksel özetin mesajı

Grafiksel özet, 10 cm boyutlu fotoanodu ve Petri kabı yöntemini geleneksel otoklav çalışmalarındaki seçili fotokurım değerleriyle karşılaştırmaktadır. Sağ tarafta konik TiO₂ nanorod, Al₂O₃ kaplama ve uç yakınındaki OH^-–O₂ dönüşümü gösterilmektedir.

Grafiksel özet çalışmanın iki ana iddiasını birlikte vurgular: daha büyük altlık üretimine uygun otoklavsız yöntem ve yüksek alan/gözenek/pasivasyon/kusur mühendisliğiyle güçlendirilmiş PEC performansı.

Çalışmanın güçlü yönleri

• Yüksek basınçlı otoklav gerektirmeyen açık ve görece basit bir büyütme yaklaşımı geliştirilmiştir.
• Üretim parametreleri, öncü miktarı, etanol, sıcaklık, süre ve tavlama bakımından optimize edilmiştir.
• Morfoloji, yüzey kimyası, kristal yapı ve elektrokimyasal performans çok sayıda tamamlayıcı yöntemle incelenmiştir.
• Konik uçlar, mezogözenekler, yüzey pasivasyonu ve iç kusur mühendisliği aynı fotoanotta birleştirilmiştir.
• Yaklaşık 2 nm Al₂O₃ kaplama HRTEM ile doğrudan görüntülenmiştir.
• Oksijen boşluğu ve Ti³⁺ artışı XPS ile nicel olarak karşılaştırılmıştır.
• Fotokurım, ABPE, IPCE, Mott-Schottky, empedans, OCP, yük ayrışma verimi ve ECSA sonuçları birbirini destekleyen bir performans tablosu sunmaktadır.
• IPCE’den hesaplanan fotokurım ile J–V ölçümü birbirine çok yakın bulunmuştur.
• Yüzey ve hacim yük ayrışması ayrı ayrı değerlendirilmiştir.
• Elli saatlik kararlılık ölçümü yapılmıştır.
• Üçlü paralel istifin toplam akımı ve her ek elektrodun katkısı ayrı verilmiştir.
• 10 × 10 cm² fotoanot fiziksel olarak üretilmiştir.

Çalışmanın sınırlılıkları

• Çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir.
• Destekleyici Şekil S1–S16 yüklenen dosyada bulunmamaktadır.
• Optimize elektrokimyasal indirgeme süresi ana metinde açıkça belirtilmemiştir.
• Bağımsız sentez tekrarlarının sayısı ve numuneler arası standart sapmalar raporlanmamıştır.
• Ana performans grafiklerinde hata çubukları veya istatistiksel anlamlılık testleri bulunmamaktadır.
• Ölçümler üç elektrotlu ve haricî potansiyel uygulanan laboratuvar hücresinde yapılmıştır.
• Tarafsız tandem tam hücre veya doğrudan güneşten hidrojene verim ölçülmemiştir.
• Hidrojen ve oksijen miktarları gaz kromatografisiyle nicel olarak belirlenmemiştir.
• Faradaik verim ve H₂:O₂ stokiyometrisi verilmemiştir.
• Konik uçtaki elektrik alan doğrudan ölçülmemiş veya nicel olarak modellenmemiştir.
• Konik uç ve mezogözenek etkilerini birbirinden ayıran kontrollü numuneler bulunmamaktadır.
• Al₂O₃ kaplama kalınlığı seçilmiş bir HRTEM bölgesinden belirlenmiştir; geniş alan kalınlık dağılımı verilmemiştir.
• Oksijen boşluğu ve Ti³⁺ türlerinin reaksiyon sırasında operando değişimi izlenmemiştir.
• Mott-Schottky denkleminde kapasitansın karesi ve düz bant sembolü açısından iç gösterim sorunu bulunmaktadır.
• ECSA, sabit kabul edilen özgül kapasitansa dayanan dolaylı bir hesaplamadır.
• Elli saatlik kararlılık, endüstriyel çalışma ömrünü temsil etmez.
• Üçlü fotoanot istifinin uzun dönem kararlılığı test edilmemiştir.
• 10 × 10 cm² numunenin alan genelindeki fotokurım ve kalınlık homojenliği nicel olarak ölçülmemiştir.
• Otoklav kaldırılmış olsa da süreç 750 °C tavlama gerektirmektedir.
• Asit kullanımı, fırın enerji tüketimi, üretim çevrim süresi ve birim alan maliyeti hesaplanmamıştır.
• FTO maliyeti, platin karşı elektrot ve büyük ölçekli cihaz bileşenleri için ekonomik analiz yapılmamıştır.
• Yaşam döngüsü etkisi ve net enerji geri ödeme süresi değerlendirilmemiştir.

Çalışma neyi desteklemektedir?

• Petri kabı tabanlı hidrotermal yöntemle FTO üzerinde rutil TiO₂ nanorodlar büyütülebilmektedir.
• Yöntem 10 × 10 cm² boyutlu bir altlığa uygulanabilmiştir.
• Üretilen nanorodlar konik uçlu ve mezogözenekli bir morfoloji göstermektedir.
• Yaklaşık 2 nm amorf Al₂O₃ tabakası TiO₂ yüzeyine uygulanabilmiştir.
• Al₂O₃ kaplama yüzey yük ayrışması ve kararlılıkla uyumlu bir iyileşme oluşturmuştur.
• Elektrokimyasal indirgeme oksijen boşluğu ve Ti³⁺ bağlantılı XPS sinyallerini artırmıştır.
• Birleşik işlem 1,23 V_RHE değerinde 2,35 mA cm^-2 fotokurım üretmiştir.
• Yüzey yük ayrışma verimi %96,7’ye ulaşmıştır.
• İndirgenmiş fotoanot 50 saat sonunda fotokurımının %96,8’ini korumuştur.
• Üçlü paralel istif toplam fotokurımı 3,82 mA cm^-2’ye yükseltmiştir.
• İkinci ve üçüncü katmanın katkısında ışık zayıflamasına bağlı azalan getiri vardır.

Çalışma neyi kanıtlamamaktadır?

• Ticari ölçekte ekonomik hidrojen üretimi kanıtlanmamıştır.
• 10 × 10 cm² fotoanodun küçük numuneyle aynı fotokurım yoğunluğuna sahip olduğu gösterilmemiştir.
• Haricî elektriksel öngerilim olmadan kesintisiz su ayrıştırma gösterilmemiştir.
• ABPE değeri güneşten hidrojene tam hücre verimi değildir.
• Fotokurımın tamamının hidrojen ve oksijen üretimine gittiği Faradaik ölçümle doğrulanmamıştır.
• Konik uçların performans artışındaki bağımsız payı nicel olarak belirlenmemiştir.
• Mezogözeneklerin bağımsız katkısı ayrı kontrol elektroduyla ölçülmemiştir.
• %96,7 yüzey veriminin bütün TiO₂ fotoanot literatüründe kesin dünya rekoru olduğu bağımsız biçimde doğrulanmamıştır.
• Üç katmanın maliyet açısından kesin optimum olduğu kapsamlı maliyet analiziyle gösterilmemiştir.
• Fotoanodun binlerce saatlik dış ortam dayanıklılığı belirlenmemiştir.
• Büyük ölçekli asitli üretim sürecinin güvenliği, emisyonları ve atık yönetimi değerlendirilmemiştir.

Enerji ve hidrojen teknolojileri açısından anlamı

Çalışmanın temel teknolojik katkısı, TiO₂ nanorod fotoanot üretiminde basınçlı otoklavın fiziksel boyut sınırlamasını ortadan kaldıran bir yaklaşım sunmasıdır. Bu, daha büyük düz cam altlıkların aynı çözelti içinde işlenebilmesine olanak sağlayabilir.

Yüzey pasivasyonu ile kusur mühendisliğinin birlikte kullanılması, yalnızca daha fazla ışık soğurmaktan ziyade yüklerin yüzeye ulaşmasını ve yüzeyde kullanılmasını iyileştirmektedir. Özellikle yüzey ayrışma veriminin hacim ayrışma veriminden çok daha fazla yükselmesi, TiO₂ fotoanotlarda arayüz kayıplarının önemli olduğunu göstermektedir.

Paralel istifleme, üst fotoanottan geçen ışığın alt elektrotlarda yeniden kullanılabileceğini göstermektedir. Ancak azalan katman katkısı, optik tasarımın, elektrot aralıklarının ve ışık yönetiminin gelecekteki cihazlar için belirleyici olacağını ortaya koymaktadır.

Teknolojinin endüstriyel bir hidrojen sistemine dönüşebilmesi için büyük alan fotokurım haritalaması, gaz verimi, tarafsız tandem hücre, uzun dönem dış ortam testi, malzeme ve enerji maliyeti, asit geri kazanımı ve üretim otomasyonu gibi aşamaların ayrıca doğrulanması gerekir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Üretim yönteminin teknik özeti

Malzeme karakterizasyonu

Fotoelektrokimyasal ölçüm koşulları

Ana mikroyapısal sonuçlar

Ana performans sonuçları

Ölçek büyütme sonuçları

Teknik sonuç

Çalışmanın deneysel sonuçları, otoklavsız Petri kabı büyütmesinin yüksek fotokurımlı TiO₂ nanorod fotoanotlar üretebildiğini göstermektedir. En büyük performans gelişimi, yüzey ayrışma verimindeki artışta görülmektedir. Bu durum Al₂O₃ pasivasyonunun ve elektrokimyasal indirgeme sonrasında değişen arayüz elektronik yapısının temel rolünü desteklemektedir.

10 × 10 cm² numune ve üçlü istif, üretim alanı ile optik katmanlama açısından uygulanabilirlik göstermektedir. Bununla birlikte ticari ölçek iddiası için büyük alan elektrokimyasal performansı, haricî öngerilimsiz tam hücre, gaz verimi, uzun süreli kararlılık ve üretim ekonomisi gibi doğrulamalar gereklidir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün başlık: Scalable Synthesis of Tip-Enhanced and Mesoporous TiO2 Nanorod Photoanodes for Efficient Solar Water Splitting

Yazarlar ve sıraları: Yuanming Zhang; Yingrong Li; Ran Jing; Haoyun Lei; Jae Sung Lee; Hemin Zhang.

Eş katkılı yazarlar: Yuanming Zhang ve Yingrong Li. PDF’de “These authors contributed equally to this work” beyanı bulunmaktadır.

Sorumlu yazar: Hemin Zhang.

Sorumlu yazar e-postası: hmzhang@scu.edu.cn

Kurumsal bağlantılar

1. Yuanming Zhang, Yingrong Li, Ran Jing, Haoyun Lei ve Hemin Zhang: College of Materials Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, Çin.
2. Hemin Zhang: Engineering Research Center of Alternative Energy Materials and Devices, Ministry of Education, Chengdu 610065, Çin.
3. Jae Sung Lee: School of Energy and Chemical Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology, Ulsan 44919, Güney Kore.

Kaynak türü: Deneysel nanomalzeme üretimi ve fotoelektrokimyasal karakterizasyon içeren preprint araştırma makalesi.

Araştırma alanları: Fotoelektrokimyasal su ayrıştırma, TiO₂ nanorodlar, hidrojen üretimi, yüzey pasivasyonu, oksijen boşluğu mühendisliği ve geniş alanlı fotoelektrot üretimi.

Sayfa sayısı: 37.

Yayın platformu: SSRN.

Yükleme tarihi: 15 Haziran 2026.

DOI: 10.2139/ssrn.6945787

Resmî bağlantı:SSRN çalışma kaydı

Hakemlik durumu: Çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiştir. PDF’nin sayfalarında “Preprint not peer reviewed” uyarısı yer almaktadır.

Hakemli dergi: 27 Temmuz 2026 itibarıyla doğrulanmış bir hakemli dergi sürümüne ulaşılamamıştır.

Özgün dergi yayınevi: Hakemli dergi yayını doğrulanmadığı için belirlenememiştir. Mevcut yayın platformu SSRN’dir.

Yazar katkıları

PDF, Yuanming Zhang ile Yingrong Li’nin eş katkıda bulunduğunu belirtmektedir. Bunun dışında yazarların kavramsallaştırma, deney, analiz, yazılım, görselleştirme veya yazım görevlerini ayrı ayrı gösteren CRediT beyanı bulunmamaktadır.

Finansman

Çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfının 52572250 ve 52276207 numaralı hibeleriyle desteklenmiştir.

Araştırmacılar ayrıca Sichuan Üniversitesi Analiz ve Test Merkezinden Suilin Liu’ya XPS analizindeki desteği için teşekkür etmektedir.

Çıkar çatışması

Yazarlar rekabet eden mali çıkar bulunmadığını beyan etmiştir.

Veri ve destekleyici bilgi

PDF’de destekleyici bilginin çevrim içi olarak mevcut olduğu belirtilmektedir. Ancak kullanıcının yüklediği dosyada Şekil S1–S16, ayrıntılı optimizasyon grafikleri, eşdeğer devre parametreleri ve ek karakterizasyonlar bulunmamaktadır.

Açık bir ham veri deposu, üretim protokolü videosu veya analiz kodu bağlantısı PDF’de verilmemiştir.

Makale hazırlama yöntemi

Bu Türkçe Verianla makalesi, yüklenen 37 sayfalık preprintin başlık ve yazar bilgileri, deneysel bölümü, denklemleri, ana metindeki tabloları, SEM/TEM/HRTEM görüntüleri, element haritaları, XRD–UV-vis–XPS spektrumları, fotoelektrokimyasal eğrileri, yük ayrışma grafikleri, kararlılık testi, üçlü istif sonuçları, 10 × 10 cm² fotoanot görüntüsü, grafiksel özeti ve kaynakçası incelenerek hazırlanmıştır.

Bilimsel içerik yalnızca yüklenen çalışmaya dayanmaktadır. Dış kaynaklar yalnızca başlık, yazar listesi, DOI, SSRN yükleme tarihi ve güncel yayın durumunun bibliyografik olarak doğrulanması amacıyla kullanılmıştır. PDF dışından yeni deneysel bulgu eklenmemiştir.

Temel yöntemsel sınır

Çalışmanın en güçlü doğrudan sonucu, 1 cm² aydınlatılmış laboratuvar fotoanodunda 2,35 mA cm^-2 fotokurım, %96,7 yüzey yük ayrışması ve 50 saat sonunda %96,8 akım korunumu elde edilmesidir.

10 × 10 cm² üretim ve 3,82 mA cm^-2 üçlü istif sonucu ölçeklenebilirlik potansiyelini desteklemektedir. Ancak geniş alanlı cihaz verimi, tarafsız güneş-hidrojen hücresi, nicel gaz üretimi, uzun dönem saha dayanıklılığı, maliyet ve çevresel etki doğrulanmamıştır.

Bu çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir. Bulgular, yöntemin geniş alanlı TiO₂ fotoanot üretimi için umut verici olduğunu göstermekte; ticari veya endüstriyel su ayrıştırma başarısını henüz kanıtlamamaktadır.