Home/Projekt J2-4441

Projekt J2-4441

Naslov in šifra projekta / GA no.

J2-4441

Dvojno delujoči Nb2O5 in Nb2O5-TiO2 materiali za sočasno redukcijo CO2 in oksidacijo organskih snovi v spojine z dodano vrednostjo

Dual-functional Nb2O5 and Nb2O5-TiO2 materials for simultaneous CO2 reduction and organic substance oxidation to value-added compounds

Partnerji projekta in njihovi logotipi

Vodja projekta:
Andrijana Sever Škapin

Vodja projekta na ZAG:
Andrijana Sever Škapin

Projektna skupina:
Projekt žal še ni vpisan na SICRIS.

  • S strani ZAG odgovorna vodja projekta: doc. dr. Andrijana Sever Škapin.
  • S strani UL: prof. dr. Urška Lavrenčič Štangar.
  • S strani KI: prof. dr. Nataša Novak Tušar.

Link na SICRIS, projektna skupina in bibliografske reference

Link vodi na vodjo projekta. Projekt žal še ni vpisan na SICRIS.

Trajanje projekta: 01. 10. 2022 – 30. 09. 2025

Višina financiranja:
Projekt bo financiran z 2187 letnimi urami cenovnega razreda C za obdobje 3 let.

Povzetek projekta SI:

Fosilna goriva so še vedno vodilni vir energije na svetu, ki predstavljajo glavni vir emisij CO2. Naraščajoča koncentracija CO2 v ozračju je vse večja skrb zaradi vpliva na podnebje in velja za vodili vzrok podnebnih sprememb. Za ublažitev negativnega vpliva toplogrednih plinov je nujno potrebno zmanjšati emisije CO2 in po možnosti zmanjšati tudi obstoječo koncentracijo CO2 v ozračju. Uporaba alternativnih virov energije je obetavna rešitev tega problema. S sončno svetlobo dobimo na Zemljo dovolj energije, da bi lahko z uporabo le dela zadovoljili vse naše trenutne potrebe po energiji.

Sončno svetlobo lahko v uporabne kemikalije pretvorimo s fotokatalizo z uporabo materiala, ki katalizira določene reakcije, ko je izpostavljen obsevanju – fotokatalizatorja. Fotokatalitična redukcija CO2 v energijsko bogate spojine (metan, metanol in etanol) ne pretvori le sončne svetlobe v kemično energijo, ampak ima tudi dodatno prednost zmanjšanja obstoječe koncentracije CO2 v ozračju. Medtem ko ima reakcija redukcije CO2 samo s fotokatalizo dva pozitivna učinka, ostaja reakcija oksidacije s fotogeneriranimi luknjami neizkoriščena. S primerno strukturo fotokatalizatorja pa je mogoče oksidacijo z elektronskimi vrzelmi uporabiti za proizvodnjo organskih spojin z dodano vrednostjo, medtem ko se s fotogeneriranimi elektroni CO2 pretvarja v energijsko bogate spojine. Raziskave fotokatalitsko aktivnih materialov so v zadnjih desetletjih pripeljale do mnogih novih spoznanj in materialov. Kljub temu pa še vedno ostajajo nekateri nerešeni izzivi, in sicer: nizka učinkovitost pretvorbe v želene produkte, nizka absorpcija vidne svetlobe (in s tem nizka učinkovitost) in nizka selektivnost kataliziranih reakcij. Te težave bomo naslovili v projektu z razvojem novih fotokatalizatorjev sočasno redukcijo CO2 in oksidacijo alkoholov v spojine z dodano vrednostjo. V ta namen bomo pripravili in raziskali: 1) trdne in mezoporozne nanodelce Nb2O5s kokatalizatorji nežlahtnih kovin, 2) votle krogle Nb2O5in TiO2 s prostorsko ločenimi redukcijskimi in oksidacijskimi kokatalizatorji in 3) heterospoji Nb2O5-TiO2. Raziskali bomo vpliv parametrov sinteze in postsinteznih modifikacij na lastnosti fotokatalizatorjev ter na aktivnost in selektivnost pri redukciji CO2 v energijsko bogate spojine in oksidaciji alkoholov v spojine z dodano vrednostjo. Raziskave, ki bodo podprte s simulacijami z uporabo DFT, nam bodo omogočile vzpostavitev razmerja med strukturo, lastnostmi in aktivnostjo pripravljenih fotokatalizatorjev ter tako prispevale k razumevanju in razvoju fotokatalizatorjev ter pri prenosu iz laboratorijev v realne aplikacije.

Povzetek projekta EN:

Fossil fuels are still the leading energy source in the world, which constitute a major source of CO2 emissions. The rising concentration of CO2 in the atmosphere is a growing concern due to its effects on climate and is considered as the leading cause of climate change. To mitigate the negative influence of greenhouse gases, it is imperative to reduce CO2 emissions and possibly reduce the existing CO2 concentration in the atmosphere. A search for alternative sources of energy is a viable solution to this problem. As the Sun provides us with abundance of energy, harvesting even a fraction of it would satisfy all our current energy needs.

Harnessing solar energy and converting it into useful chemicals can be done via photocatalysis using a material that catalyses certain reactions when exposed to irradiation — a photocatalyst. Photocatalytic reduction of CO2 into energy-rich compounds (methane, methanol and ethanol) not only transforms sunlight into chemical energy, but has an added benefit of reducing the existing concentration of CO2 in the atmosphere. While CO2 reduction reaction with photocatalysis alone has two positive impacts, the oxidation half-reaction using photogenerated holes is left unutilized. However, with precise engineering of a photocatalyst, oxidation half-reaction can be used to produce value-added organic compounds, while the reduction half-reaction drives the production of energy-rich compounds from CO2. Much work has been done in recent decades on the photocatalysts, however, certain challenges still remain, namely: low efficiency of conversion into desired products, low absorption of visible light (and thus low efficiency) and low selectivity of catalyzed reactions. We will address these problems in the project by developing novel photocatalysts for simultaneous reduction of CO2 and oxidation of alcohols into value-added compounds. To this end we will prepare and investigate: 1) solid and mesoporous Nb2O5 nanoparticles with non-noble metal cocatalysts, 2) Nb2O5 and TiO2 hollow spheres with spatially separated reduction and oxidation cocatalysts and 3) Nb2O5-TiO2 heterojunctions. We will investigate the influence of synthesis parameters and post-synthesis modifications on the properties of the photocatalysts and on the activity and selectivity in reduction of CO2 to energy-rich compounds and oxidation of alcohols to value-added compounds. Investigation supported by simulations using DFT will enable us to establish relationships between structure, properties and activity of the prepared photocatalysts, thus contribute towards understanding, development of the photocatalysts and eventual progress from laboratories into real-world applications.

Faze projekta in opis realizacije (delovni sklopi)

Delovni sklopi / Naloge
DS1: Sinteza novih materialov
Naloga 1.1: Sinteza of Nb2O5 materialov s kokatalizatorji
Naloga 1.2: Sinteza votlih krogel z dvojnimi kokatalizatorji
Naloga 1.3: Sinteza Nb2O5-TiO2 materiala z heterospojnicami
Naloga 1.4: Density Functional Theory – DFT
DS2: Karakterizacija materialov
DS3: Ocenjevanje fotokatalitske aktivnosti
Naloga 3.1: Ocena aktivnost in selektivnost redukcije CO2
Naloga 3.2: Ocena aktivnost in selektivnost oksidacije org. spojin
Naloga 3.3: Vzpostavitev povezave med strukturo in aktivnostjo
DS4: Koordinacija, upravljanje in diseminacija

Bibliografske reference:

Še ni referenc!
Bibliografski zapis vodje porjekta.