Příprava a charakterizace funkčních plniv s fotokatalytickou aktivitou

Ing. Milan Masař

Doctoral thesis

Preparation and characterization of functional fillers with photocatalytic activity

Abstract:

Semiconductor photocatalysis has been studied in detail for a large variety of applications, such as water splitting or water and air treatment in the last decades. The most used photocatalysts are wide bandgap semiconductors, which are effective only under UV irradiation. In order to efficiently utilize visible solar radiation, various types of visible-light active photocatalysts are investigated. In the first part of this thesis, a literature survey on this topic is presented. According to the state-of-the-art description and current experience at the Centre of Polymer Systems in the research group of Multifunctional Nanomaterials, the Aim, goals, and objectives of the work were defined. Various types of ZnO photocatalysts were synthesized as a material base and characterized using by properly chosen analytical techniques. Later, these prepared photocatalysts were doped by native oxygen vacancies, and the effectivity of photocatalytic reaction was shifted to the visible light region. In the third part of this thesis, decoration of photocatalysts by silver nanoparticles was examined and shown to be an effective way of increasing the overall efficiency of the photocatalytic process. Lastly, macromolecular photocatalyst (graphitic carbon nitride) was investigated, and its photocatalytic activity was studied. Simultaneously, an online system for measuring of the photocatalytic activity has been developed following the current ISO norms.

Abstract:

Fotokatalytický jev na bázi polovodičů je v posledních dekádách podrobně studován s ohledem na velké množství aplikací jako jsou produkce vodíku, nebo čištění vody a ovzduší. V praxi jsou nejpoužívanější fotokatalyzátory, které mají široký pás zakázaných energií (band gap) a jsou fotokotalyticky aktivní pouze pod UV zářením. Aby se efektivněji využilo viditelné spektrum slunečního záření, jsou zkoumány nové fotokatalyticky aktivní polovodiče, respektive je věnována velká pozornost modifikaci stávajících. První část předložené práce je věnována teoretickému studiu dané problematiky. Na základě teoretického studia a možností realizace na Centru polymerních systémů ve skupině Multifunkčních materiálů byly stanoveny cíle předkládané práce. Byly připraveny a charakterizovány základní fotokatalyzátory na bázi ZnO. Tyto pak byly dále modifikovány nativními kyslíkovými vakancemi za účelem zvýšení efektivity fotokatalyzátoru v oblasti viditelného světla. Za účelem všeobecného zlepšení efektivity fotokatalýzy byla úspěšně prozkoumána možnost dekorace těchto základních ZnO materiálů nanočásticemi stříbra. V poslední části byla studována možnost přípravy makromolekulárního fotokatalyzátoru (grafitického nitridu uhlíku). Souběžně s přípravou fotokatalyzátorů byl vyvinut online systém pro snadnější studování jejich fotokatalytické aktivity.

Keywords

fotokatalýza, ZnO, viditelné světlo, hybridní, stříbro, nano, C3N4

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 10. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 12. 12. 2019
• Supervisor: doc. Ing. et Ing. Ivo Kuřitka, Ph.D. et Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Chemistry and Materials Technology / Technology of Macromolecular Compounds