Pokročilá analýza vztahu mezi optickými, elektronovými, texturními a strukturními vlastnostmi dopovaných TiO\dindex{2} materiálů a jejich fotokatalytickou aktivitou

Ing. Lada Dubnová

Doctoral thesis

Advanced analysis of the relationship between the optical, electronic, textural and structural properties of doped TiO\dindex{2} materials and their photocatalytic activity

Abstract:

Disertační práce je v první části zaměřena na modifikaci oxidu titaničitého ve formě práškového materiálu, a to prostřednictvím kovů ze skupiny lanthanoidů (La, Nd) a nekovů (N, F), za účelem zlepšení vlastností oxidu titaničitého. Studium modifikace TiO2 těmito dopanty je zaměřeno na zhodnocení optimálního množství dopantu, případně vytvoření synergického efektu při kodopování kovem a nekovem, a to s ohledem na strukturní, optické, texturní a elektronové vlastnosti modifikovaných TiO2 materiálů a zároveň na jejich fotokatalytickou aktivitu ve fotokatalytickém rozkladu vodného roztoku methanolu vedoucí k produkci čistého vodíku. Druhá část disertační práce se zabývá imobilizací fotokatalyzátoru na inertním nosiči pro lepší separaci fotokatalyzátoru a reakční směsi po chemické reakci, než je tomu u práškových materiálů, a zároveň pro opakovatelné využití ve fotokatalytických procesech. Imobilizace oxidu titaničitého v tenké vrstvě na inertním nosiči navazuje na jeho využití ve fotokatalytických experimentech v kontinuálním mikro-foto reaktoru s recirkulací reakční směsi pro dlouhodobé experimenty. Kontinuální mikro-foto reaktor je celý sestrojen v rámci disertační práce s důrazem na kontinuitu celého procesu, maximální využití reakční směsi a reprodukovatelnost, a to i s potenciálem využití pro budoucí aplikace. Tenká vrstva oxidu titaničitého je studována při dlouhodobých experimentech ve fotokatalytickém rozkladu vodného roztoku methanolu za účelem získání čistého vodíku.

Abstract:

In the first part, the doctoral thesis focuses on modifying titanium dioxide in the form of powder material by means of metals from the lanthanide group (La, Nd) and non-metals (N, F) in order to properties of titanium dioxide. The study of the modification of TiO2 with these dopants is aimed at evaluating the optimal amount of dopant or creating a synergistic effect when co-doping with a metal and a non-metal, taking into account the structural, optical, textural, and electronic properties of the modified TiO2 materials, as well as their photocatalytic activity in the photocatalytic decomposition of an aqueous solution of methanol leading to the production of pure hydrogen. The second part of the dissertation deals with the immobilization of the photocatalyst on an inert carrier for better separation of the photocatalyst and the reaction mixture after the reaction than is the case with powder materials, and at the same time for repeatable use in photocatalytic processes. The immobilization of titanium dioxide in a thin layer on an inert support follows its use in photocatalytic experiments in a continuous micro-photo reactor with recirculation of the reaction mixture for long-term experiments. The continuous micro-photo reactor is constructed entirely as part of a dissertation emphasizing the continuity of the entire process, maximum use of the reaction mixture and reproducibility, even with the potential of use for future applications. A thin layer of titanium dioxide is studied in long-term experiments in the photocatalytic decomposition of an aqueous methanol solution to obtain pure hydrogen.

Keywords

modifikace oxidu titaničitého, vlastnosti fotokatalyzátorů, produkce vodíku, fotokatalytický rozklad vodného roztoku methanolu, mikro-foto reaktor

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 5. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Libor Čapek, Ph.D.

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Doctoral programme / field:
Physical Chemistry / Physical Chemistry