Příprava a charakterizace nanostruktur grafitizovaného C3N4 a TiO2 pro rozklad oxidu dusného

Dominika Marková

Bachelor's thesis

Preparation and characterization of g-C3N4 a TiO2 nanostructures for decomposition of nitrous oxide

Abstract:

Tato bakalářská práce se zabývá přípravou a charakterizací nanostruktur grafitizovaného C3N4 a TiO2 pro rozklad oxidu dusného, které byly připraveny a následně podrobeny charakterizacím pomocí dostupných metod, z nichž byly pro tuto práci zvoleny následující: transmisní elektronová mikroskopie, fyzisorpce, rentgenová difrakce, infračervená spektroskopie, UV-Vis spektroskopie, luminiscenční spektroskopie, Ramanova spektroskopie a fotokatalytický rozklad N2O. Bakalářská práce je složena z teoretické a experimentální části. V teoretické části je poukázáno na význam ozonové vrstvy a význam její ochrany, je zde také vysvětlen základní princip fotokatalýzy, používání nanotechnologií a základní charakteristika grafitizovaného C3N4 a TiO2. V úvodu experimentální části jsou uvedeny použité chemikálie a přístroje k charakterizacím spolu s parametry těchto přístrojů. Dále je detailně popsána příprava jednotlivých nanostruktur grafitizovaného C3N4 a TiO2 a jejich směsí v hmotnostním poměru 1:2, 1:4 a 1:6. Hlavní částí experimentální části bakalářské práce jsou jednotlivé charakterizace, kde u každé z nich jsou společně uvedeny dílčí výsledky a komentář. Velikosti částic čistého vzorku TiO2 a heterostruktury TiO2/C3N4 (1:2) byla vyhodnocena pomocí TEM. Největší četnost částic čistého TiO2 měly nanočástice s rozměrem 10-11 nm a v heterostruktuře byla největší velikost částic s rozměrem 10-15 nm. Pomocí BET analýzy bylo zjištěno, že nejvyšší specifickou měrnou plochu povrchu měl čistý TiO2 (59 m2/g) a nejmenší specifickou měrnou plochu povrchu měl g-C3N4 (27 m2/g). Difraktogram XRD analýzy, infračervená i Ramanova spektra potvrdila přítomnost TiO2 v anatasové formě a grafitizovaného C3N4 v tri-s-triazinové (XRD) a triazinové struktuře (IČ spektroskopie). Velikosti krystalu TiO2 v anatasové fázi a heterostruktury TiO2/g-C3N4 (1:2) byly spočítány jako 11,9 nm a 13,1 nm. Z DRS spekter byly zjištěny hodnoty energií absorpčních hran (zakázaných pásů) TiO2 a g-C3N4. Fotoluminiscenční spektra v samém závěru práce potvrzují vznik heterostruktur mezi TiO2 a g-C3N4. Nejvyšší konverze N2O byla dosažena za přítomnosti fotokatalyzátoru TiO2/C3N4 (1:2), a to 68 % po 18 hodinách.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the preparation and characterization of g-C3N4 and TiO2 nanostructures for the decomposition of nitrous oxide, which were prepared and subsequently subjected to characterization using these available methods: transmission electron microscopy, physisorption, X-ray diffraction, infrared spectroscopy, UV-Vis spectroscopy, luminescence spectroscopy, Raman spectroscopy and photocatalytic decomposition of N2O. Bachelor thesis consists of theoretical and experimental part. In the theoretical part are pointed out the significance of the ozone layer and the importance of its protection. There is also included basic principle of photocatalysis, functioning of nanotechnologies and basic characteristics of graphitized C3N4 and TiO2. Used chemicals and instruments for characterization along with the parameters of these instruments are part of the experimental part. In addition, the preparation of the individual nanostructures of graphitized C3N4 and TiO2 and their mixtures in the weight ratio of 1:2, 1:4 and 1:6 is described in detail. The main part of the experimental part of the bachelor thesis is individual characterization, where each of them is presented along with partial results. The particle sizes of the pure TiO2 sample and the TiO2/C3N4 heterostructure (1:2) were evaluated by TEM. The highest frequency of pure TiO2 had nanoparticles measuring 10-11 nm and in the heterostructure the largest particle size measures 10-15 nm. Using the BET analysis, it was found that the highest specific surface area was pure TiO2 (59 m2/g) and the smallest specific surface area had g-C3N4 (27 m2/g). The XRD diffractogram, both infrared and Raman spectra, confirmed the presence of TiO2 in anatase phase and graphitized C3N4 in tri-s-triazine (XRD) and triazine structure (IR spectroscopy). TiO2 grains in the anatase phase and TiO2/g-C3N4 heterostructures (1:2) were counted as 11.9 nm and 13.1 nm. From DRS analysis, the energy values of the absorbent edges (band gaps) TiO2 and g-C3N4 were determined. Photoluminescent spectra at the end of the thesis confirm the formation of heterostructures between TiO2 and g-C3N4. The highest conversion of N2O was achieved in the presence of TiO2/C3N4 heterostructure (1:2), 68 % after 18 hours.

Keywords

fotokatalýza, N2O, TiO2, g-C3N4

Keywords

photocatalysis, N2O, TiO2, g-C3N4

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 8. 6. 2017
• Supervisor: Petr Praus
• Reader: Jiřina Vontorová

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Bachelor programme / field:
Procesní inženýrství / Chemie a technologie ochrany životního prostředí