Hybridní nanomateriály pro fotoanody k fotoelektrochemickému štěpení vody

Ali Can Güler, M.Sc.

Doctoral thesis

Hybrid nanomaterials for photoanodes in photoelectrochemical water splitting

Abstract:

Naléhavá potřeba čistých a obnovitelných zdrojů energie podnítila intenzivní výzkum v oblasti solárního štěpení vody se specifickým zaměřením na fotoanodové materiály. V této souvislosti se tato disertační práce zabývala vývojem fotoanodových materiálů pro zvýšení účinnosti fotoelektrochemického štěpení vody, zdůrazňujíc prvořadý význam modifikace dynamiky náboje a zvýšení kapacity sběru světla. Multifunkční ZnO v různých nanoformách byl zvolen jako primární absorbér světla ve vícesložkových nanokompozitních systémech, které byly vylepšeny pomocí tří již dobře zavedených strategií. Tyto strategie zahrnují povrchovou úpravu, souběžné účinky vodivého kovového povlaku a gradientního dopování příměsovým prvkem a fotosenzibilizaci polovodičem s úzkým zakázaným pásem. Adaptované metodiky umožnily dosáhnout u fotoanod na bázi ZnO nejen aktivitu ve viditelném světle, ale také odhalily několik klíčových faktorů ovlivňujících fotoelektrochemický výkon. S využitím nejmodernějších spektroskopických a mikroskopických technik byly komplexně analyzovány morfologické, krystalografické, optické a elektrické vlastnosti a jejich význam pro fotoelektrochemické štěpení vody. Výsledky tohoto výzkumu nejen prohlubují naše znalosti o fotoanodových materiálech, ale nabízejí také praktické poznatky pro vývoj vysoce účinných a stabilních fotoelektrod. Doufejme, že tato dizertační práce poslouží jako cenný příspěvek v oboru a bude řešit problémy spojené s využíváním solární energie pro výrobu čisté a obnovitelné energie.

Abstract:

The urgent need for clean and renewable energy sources has prompted intense research in the field of solar-driven water splitting, with a specific focus on photoanode materials. In this context, this doctoral dissertation investigated the development of photoanode materials to advance the efficiency of photoelectrochemical water splitting, emphasizing the paramount importance of modifying charge dynamics and enhancing light harvesting capacity. Multifunctional ZnO in various nanoforms was chosen as the primary light absorber in the multi-component nanocomposite systems that were actualized by three well-established strategies. These strategies include surface modification, simultaneous effects of conductive metal coating and gradient impurity element doping, and photosensitization by a narrow band gap semiconductor. The adopted methodologies provided a visible light activity to ZnO-based photoanodes and unveiled several vital factors influencing photoelectrochemical performance. Employing cutting-edge spectroscopic and microscopic techniques, morphological, crystallographic, optical, and electrical properties and their significance on photoelectrochemical water splitting were comprehensively analyzed. The outcomes of this research deepen our understanding of photoanode materials and offer practical insights for developing highly efficient and stable photoelectrodes. This dissertation will hopefully serve as a valuable contribution to the field, addressing the challenges associated with harnessing solar energy for clean and renewable energy production.

Keywords

Fotoelektrochemické, heteropřechodová fotoanoda, nanodendrity oxidu zinečnatého, vanadičnan bismutitý, elektrodepozice

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 12. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 29. 2. 2024

Tomas Bata University in Zlín

Tomas Bata University in Zlín

Doctoral programme / field:
Nanotechnology and Advanced Materials / Nanotechnology and Advanced Materials