Příprava kompozitů na bázi Cr2O3/ZnO pro možné využité ve fotokatalýze

Lucie Kaňová

Bachelor's thesis

The preparation of composites based on Cr2O3/ZnO for potential utilization in photocatalysis

Abstract:

Tato předložená bakalářská práce se zabývá přípravou a charakterizací kompozitních materiálů různých poměrů Cr2O3/ZnO (0,02; 0,04; 0,06; 0,10) pro možné využití ve fotokatalýze, které byly v rámci této bakalářské práce připraveny. Cílem práce je pomocí připravených katalyzátorů nalézt materiál s nejlepším fotodegradačním účinkem na zvoleném barvivu kyselá oranž 7 (AO7) a fenolu s možnou aplikací pro průmysl. Následně pro vylepšení vlastností a fotokatalytického účinku byly navíc připraveny dva materiály bulk g-C3N4/(Cr2O3/ZnO=0,02) ve dvou poměrech (90 hm. %:10 hm. % a 80 hm. %:20 hm. %). Po přípravě vzorků byla využita charakterizace materiálů, pomocí metod PL spektroskopie, DRS, XRD, IČ a fotodegradační experimenty VIS (420 nm)/UVA (360 nm). Z metody SEM, STEM a EDS bylo zjištěno, že Cr2O3 na ZnO vytváří na svém povrchu takzvané květinové hierarchické heterostruktury. Vyhodnocením experimentálních dat bylo zjištěno, že všechny připravené kompozitní materiály tvořily nanostruktury a byly fotokatalyticky aktivní. Z pohledu fotodegradace nejlepším kompozitem za použití AO7 při UVA či VIS ozařování byl materiál Cr2O3/ZnO=0,02 a bulk g-C3N4/(Cr2O3/ZnO=0,02)=80 hm. %:20 hm. %, kde bylo odbouráno cca 92 % AO7. V UVA světle nejlepší fotodegradační aktivitu, cca 96 %, měl kompozit bulk g-C3N4/(Cr2O3/ZnO=0,02)=80 hm. %:20 hm. %. V případě fotodegradace fenolu byl nejlepším kompozitem bulk g-C3N4/(Cr2O3/ZnO=0,02)=90 hm. %:10 hm. % z pohledu fotodegradace, a to v UVA (80 %), VIS (85 %) i VIS/UVA kombinaci (55 %). Kompozit Cr2O3/ZnO=0,02 za použití fenolu nejlépe působil v VIS/UVA kombinaci (fotodegradace 55 %). Z výsledů DRS analýzy byly zjištěny hodnoty energií nepřímých zakázaných pásů, které u připravených kompozitů Cr2O3/ZnO=0,02-0,10 měly tendenci se snižovat při zvyšování jednotlivých poměrů Cr2O3/ZnO.

Abstract:

This submitted bachelor thesis deals with the preparation and characterization of composite materials of different Cr2O3/ZnO ratios (0.02; 0.04; 0.06; 0.10) for possible application in photocatalysis, which were prepared within of this bachelor thesis. The aim of this thesis is to find the material with the best photodegradation performance on the selected dye acid orange 7 (AO7) and phenol with possible industrial application using the prepared catalysts. Subsequently, to improve the properties and photocatalytic effect, additionally, two bulk g-C3N4/(Cr2O3/ZnO=0.02) materials were prepared in two ratios (90 wt%:10 wt% and 80 wt%:20 wt%). After the preparation of the samples, the characterization of materials, using PL spectroscopy, DRS, XRD, IR and photodegradation experiments Vis (420 nm)/UVA (360 nm). From SEM, STEM and EDS methods it was found that Cr2O3 creates so-called flower-like hierarchical heterostructures on ZnO surface. Evaluation of the experimental data revealed that all the prepared composite materials formed nanostructures and were photocatalytically active. In terms of photodegradation, the best composite using AO7 in UVA or Vis irradiation was the material Cr2O3/ZnO=0.02 and bulk g-C3N4/(Cr2O3/ZnO=0.02)=80 wt%:20 wt%, where about 92 % AO7 was degraded. Under UVA light, the best photodegradation activity with 96 % degradation was observed for the bulk g-C3N4/(Cr2O3/ZnO=0.02)=80 wt%:20 wt% composite. In the case of phenol photodegradation, the best composite was bulk g-C3N4/(Cr2O3/ZnO=0.02)=90 wt%:10 wt%, namely in UVA (80 %), VIS (85 %) and Vis-UVA combination (55 %). Cr2O3/ZnO=0.02 composite using phenol worked best in the Vis-UVA combination (photodegradation about 55 %). From the results of the DRS analysis, the energy values of the indirect forbidden bands were found, which in the prepared Cr2O3/ZnO=0.02-0.10 composites tended to decrease as the individual ratios Cr2O3/ZnO increased, respectively.

Keywords

ZnO, Cr2O3, bulk g-C3N4/(Cr2O3/ZnO), nanočástice, fotokatalýza, heterostruktury, kyselá oranž AO7, fenol

Keywords

ZnO, Cr2O3, bulk g-C3N4/(Cr2O3/ZnO), nanoparticles, photocatalysis, heterostructures, acidic orange AO7, phenol

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 5. 6. 2024
• Supervisor: Jiří Pavlovský
• Reader: Martin Mucha

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Bachelor programme:
Chemické a environmentální inženýrství