NAZIV:
NC-0017 Fotokatalitski heterostrukturirani nanomateriali za izkoriščanje sončne energije
OPIS:
Vse višja koncentracija CO2 v atmosferi postaja vedno večji problem zaradi vpliva na podnebje in velja za glavni vzrok podnebnih sprememb. Za ublažitev negativnega vpliva toplogrednih plinov je potrebno zmanjšati emisije CO2 in po možnosti tudi koncentracijo CO2 v atmosferi.
Kljub temu da fosilna goriva še vedno ostajajo vodilni vir energije na svetu, je trend v izkoriščanju sončne svetlobe v ta namen. Eden od načinov za pretvorbo sončne svetlobe v energijo je redukcija CO2 v energijsko bogate ogljikovodike z uporabo fotokatalizatorjev. Za dober izkoristek te pretvorbe je potrebno fotokatalizatorje skrbno prilagoditi na različne načine. Razvoj heterostrukturiranih materialov je obetaven način, kako hkrati izkoristiti prednosti različnih materialov.
TiO2 kot osnovni fotokatalizator je zaradi svoje visoke aktivnosti, kemične stabilnosti ter široke razpoložljivosti odlična izbira za to nalogo. Za ublažitev nekaterih njegovih pomanjkljivosti, kot so širok prepovedan pas, slaba adsorpcija CO2 na površino TiO2 delcev, visoka stopnja rekombinacije in neselektivnost, predlagamo uporabo CeO2 in Cu kot kokatalizatorjev. CeO2 absorbira svetlobo v vidnem delu spektra in je zaradi bazičnih in kislih površinskih lastnosti adsorpcija CO2 na površino nanodelcev CeO2 večja kot pri TiO2. Nanodelci Cu so selektivni za proizvodnjo metanola, izkazujejo površinski plazmonski resonančni učinek (SPR) in delujejo kot ponori elektronov, s čimer se zmanjša hitrost rekombinacije. Z uporabo TiO2 kot osnovnega fotokatalizatorja in CeO2 in Cu kot kokatalizatorjev nameravamo narediti heterostrukture TiO2-CeO2-Cu, ki bodo sposobne reducirati CO2 z večjo hitrostjo kot drugi materiali. Lastnosti heterostrukturiranih materialov bomo skrbno nadzorovali in ovrednotili vpliv lastnosti materialov, kot so velikost delcev, porazdelitev velikosti delcev, dodatek kokatalizatorjev, položaj kokatalizatorjev in vpliv kokatalizatorjev na elektronsko strukturo, na aktivnost pri redukciji CO2.
Znanje in razumevanje procesov med fotokatalizo in sinteznimi procesi je ključnega pomena za uporabo fotokatalizatorjev kot možnega načina izkoriščanja sončne energije in shranjevanje le-te v visokoenergijskih ogljikovodikih.
Uporaba novih materialov kot vira goriva ponuja alternativni način izkoriščanja sončne energije v vseh energetskih sistemih.
Kljub temu da fosilna goriva še vedno ostajajo vodilni vir energije na svetu, je trend v izkoriščanju sončne svetlobe v ta namen. Eden od načinov za pretvorbo sončne svetlobe v energijo je redukcija CO2 v energijsko bogate ogljikovodike z uporabo fotokatalizatorjev. Za dober izkoristek te pretvorbe je potrebno fotokatalizatorje skrbno prilagoditi na različne načine. Razvoj heterostrukturiranih materialov je obetaven način, kako hkrati izkoristiti prednosti različnih materialov.
TiO2 kot osnovni fotokatalizator je zaradi svoje visoke aktivnosti, kemične stabilnosti ter široke razpoložljivosti odlična izbira za to nalogo. Za ublažitev nekaterih njegovih pomanjkljivosti, kot so širok prepovedan pas, slaba adsorpcija CO2 na površino TiO2 delcev, visoka stopnja rekombinacije in neselektivnost, predlagamo uporabo CeO2 in Cu kot kokatalizatorjev. CeO2 absorbira svetlobo v vidnem delu spektra in je zaradi bazičnih in kislih površinskih lastnosti adsorpcija CO2 na površino nanodelcev CeO2 večja kot pri TiO2. Nanodelci Cu so selektivni za proizvodnjo metanola, izkazujejo površinski plazmonski resonančni učinek (SPR) in delujejo kot ponori elektronov, s čimer se zmanjša hitrost rekombinacije. Z uporabo TiO2 kot osnovnega fotokatalizatorja in CeO2 in Cu kot kokatalizatorjev nameravamo narediti heterostrukture TiO2-CeO2-Cu, ki bodo sposobne reducirati CO2 z večjo hitrostjo kot drugi materiali. Lastnosti heterostrukturiranih materialov bomo skrbno nadzorovali in ovrednotili vpliv lastnosti materialov, kot so velikost delcev, porazdelitev velikosti delcev, dodatek kokatalizatorjev, položaj kokatalizatorjev in vpliv kokatalizatorjev na elektronsko strukturo, na aktivnost pri redukciji CO2.
Znanje in razumevanje procesov med fotokatalizo in sinteznimi procesi je ključnega pomena za uporabo fotokatalizatorjev kot možnega načina izkoriščanja sončne energije in shranjevanje le-te v visokoenergijskih ogljikovodikih.
Uporaba novih materialov kot vira goriva ponuja alternativni način izkoriščanja sončne energije v vseh energetskih sistemih.
TRAJANJE:
2021/02/01 - 2023/07/31
FINANCIRANJE:
Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije ARRS
VEČ:
