Multivrstevnaté kompozity na bázi grafenu a Fe-modifikovanými částicemi anatasu TiO2 pro umělou fotosyntézu

Bc. Ondřej BARTŮNĚK

Diplomová práce

Multilayer composites based on graphene and Fe-modified anatase TiO2 particles for artificial photosynthesis

Anotace:

Diplomová práce se zabývá přípravou fotokatalyticky aktivních kompozitů na bázi grafenem a železem dopovaného TiO2, které jsou vhodné pro umělou fotosyntézu - výrobu "green" energie za pomoci umělého slunečního záření. Příprava spočívala v termální hydrolýze suspenze (Fe(NO3)3) v titanylsulfátu (TiOSO4) za přítomnosti peroxidu vodíku (H2O2). Tím vznikl vodný roztok, který byl lyofilizován při extrémně nízké teplotě (-64 °C) a tlaku (5-10 mTorr). Vzniklé prekurzory oxidu titaničitého (TiO2, TiO2Fe2% a TiO2Fe3%) byly poté žíhány při teplotách 80 °C, 100 °C, 150 °C, 200 °C, 250 °C, 300 °C, 350 °C, 400 °C a 800 °C po dobu tří hodin. V teplotním intervalu 80-200 °C vznikl amorfní hydratovaný TiO(OH)2.xH2O materiál. Fe dopovaný TiO2 nanokrystalický anatas ve formě tenkých lístečků byl izolován v intervalu 300-800 °C, který poté byl rozmíchán v izopropylalkoholu s grafenem a vysušen. U všech vzorků byla provedena detailní materiálová charakterizace, která měla za úkol popsat jejich fyzikální a chemické vlastnosti a strukturní parametry. Bylo prokázáno, že vzorky TiO2 dopované železem jsou nefotoaktivní a přidání grafenu k oxidu titaničitému naopak mírně jeho fotoaktivitu zvyšuje. Tyto skutečnosti mohou mít velký význam při cestě za objevem ideální látky pro ekologickou výrobu vodíku z vody, nebo v dalších aplikacích oxidu titaničitého.

Abstract:

The thesis deals with the preparation of photocatalytically active composites based on graphene and iron-doped TiO2, which are suitable for artificial photosynthesis - the production of "green" energy using artificial solar radiation. The preparation consisted of thermal hydrolysis of a suspension of (Fe(NO3)3) in titanyl sulfate (TiOSO4) in the presence of hydrogen peroxide (H2O2). This produced an aqueous solution which was lyophilized at extremely low temperature (-64 °C) and pressure (5-10 mTorr). The resulting titanium dioxide precursors (TiO2, TiO2Fe2% a TiO2Fe3%) were then annealed at 80 °C, 100 °C, 150 °C, 200 °C, 250 °C, 300 °C, 350 °C, 400 °C and 800 °C for three hours. An amorphous hydrated TiO(OH)2.xH2O material was formed in the temperature range of 80-200 °C. Fe-doped TiO2 nanocrystalline anatase in the form of thin flakes was isolated in the interval of 300-800 °C, which was then dissolved in isopropyl alcohol with graphene and then dried. Detailed material characterization was performed on all samples to describe their physical and chemical properties and structural parameters. It was shown that the iron-doped TiO2 samples are non-photoactive and, on the contrary, the addition of graphene to titanium dioxide slightly increases its photoactivity. These facts may be of great importance in the quest for the discovery of an ideal substance for the environmentally friendly production of hydrogen from water, or in other applications of titanium dioxide.

Klíčová slova

oxid titaničitý, lyofilizace, mikrostruktura, grafen, dopování železem

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 10. 5. 2024

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: RNDr. Snejanka Stefanova Bakardjieva, Ph.D.

UNIVERZITA JANA EVANGELISTY PURKYNĚ V ÚSTÍ NAD LABEM

Fakulta strojního inženýrství

Magisterský studijní program / obor:
Materiálové inženýrství / Materiálové inženýrství