Modificiran cinkov oksid kot katalizator za pridobivanje kisika in vodikaHajduk, Špela (Avtor) Marinšek, Marjan (Mentor) Bele, Marjan (Komentor) cinkov oksidkatalizatorproizvodnja kisikaproizvodnja vodikaaktivnostV doktorski nalogi predstavljamo dve področji uporabe katalizatorjev na osnovi ZnO. Prvo področje zajema pripravo modificiranih materialov na osnovi ZnO, ki so se izkazali kot učinkoviti fotokatalizatorji, saj imajo fotoelektrokemijsko sposobnost razklopa H2O. Drugi del doktorske naloge zajema pripravo modificiranih Cu-Zn oksidnih katalitskih materialov za reakcijo razklopa NH3. Lastnosti sintetiziranih fotokatalizatorjev in katalizatorjev smoraziskovali s spektroskopskimi in mikroskopskimi metodami, fotokatalitske oz. katalitske aktivnosti pa smo nato preverili s fotokatalitskim oz. katalitskim testom. Zanimala nas je predvsem razlika v aktivnostih med nemodificiranimi ter modificiranimi fotokatalizatorji oz. katalizatorji ter stabilnosti pripravljenih fotokatalitskih oz. katalitskih materialov. Prvi del raziskovalnega dela se nanaša na pripravo modificiranih fotokatalitskih materialov ZnO z grafitiziranimi ogljikovimi strukturami, ki vključujejo dušik (v nadaljevanju g-CxNy). Pripravljeni fotokatalizatorji so aktivni za proizvodnjo O2 s fotoelektrokemijskim razklopom H2O. Fotoelektrokemijske celice oz. fotokatalizatorji, modificirani z metodo potapljanja v vodne disperzije prekurzorja CM-kompleksa (CM – cianurna kislina–melamin), kažejo najvišje fotoelektrokemijske aktivnosti za proizvodnjo O2. Tako pripravljeni materiali ohranjajo porozno strukturo, ki med fotoelektrokemijskim testiranjem omogoča penetracijo elektrolita ter dotok simulirane sončne svetlobe do aktivnih mest na površini fotokatalizatorjev. Vzorec, sintetiziran z metodo potresanja CM-kompleksa, kaže najnižjo fotoelektrokemijsko aktivnost, ki je precej nižja od fotoelektrokemijske aktivnosti nemodificiranega ZnO, ki ima morfologijo nanožičk. Slednje je posledica dejstva, da prekomerna plast g-CxNy blokira možnost vstopa elektrolita ter simulirane sončne svetlobe v medprostore med nanožičkami ZnO. S podrobno fotoelektrokemijsko karakterizacijo je bilo ugotovljeno, da ima sloj g-CxNy sposobnost učinkovite ekstrakcije elektronskih vrzeli, ki so dejansko aktivna mesta za proces oksidacije H2O. Posledično to vodi do velike izboljšave v fotoelektrokemijski aktivnosti oksidacije H2O. Relativno na fotokatalizator ZnO brez nanosa g-CxNyima modificirani vzorec ZnO z optimalnim nanosom sloja g-CxNy, ki je sintetiziran z metodo potapljanja, kar 3,5-krat večjo gostoto toka pri potencialu 1,23 V, merjenem glede na reverzibilno vodikovo elektrodo (RHE; angl. Reversible Hydrogen Electrode). S tem se izboljša tudi stabilnost fotokatalizatorja v močno alkalni raztopini. V drugem delu raziskave se osredotočamo na pripravo Cu-Zn oksidnih katalizatorjev, sintetiziranih po sol-gel postopku. Katalizatorji so nadalje modificirani z Al2O3 na dva načina (s sol-gel metodo ter z metodo mokre impregnacije). Tovrstni katalizatorji so bili testirani za proces razklopa NH3 ter proizvodnjo H2 visoke čistote z namenom priprave goriva za gorivne celice. Katalizatorja, pripravljena s tehniko mokre impregnacije, ki vsebujeta nosilec γ-Al2O3, imata na površini boljšo disperzijo baker vsebujočih zvrsti v primerjavi s katalizatorji brez nosilca Al2O3. Analiza slik z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM) na omenjenih katalizatorjih kaže na enakomerno porazdelitev delcev zvrsti Cu in ZnO ter podobno morfologijo med katalizatorji ne glede na razmerje Cu/Zn. Katalizatorja, pripravljena z metodo mokre impregnacije, imata boljši katalitski aktivnosti v primerjavi s katalizatorjema, pripravljenima z modificirano sol-gel metodo. Slednje lahko pripišemo vsebnosti nanodelcev Cuᵒ na površini katalizatorjev ter sinergijskemu vplivu mezoporoznega nosilca γ-Al2O3. Ta pomaga pri porazdelitvi aktivnih mest na površini katalizatorjev ter znatno poveča njihovo specifično površino. 20192019-10-24 13:35:01Doktorsko delo/naloga112560sl