Strukturne, fotokatalitske in optične lastnosti tankih plasti TiO2-SiO2, dopiranih z vanadijem

Povirk, Nejc (author), Surca, Angelja Kjara (mentor), Lavrenčič Štangar, Urška (comentor)

Samočistilne, protizarositvene in aseptične tanke plasti, ki temeljijo na fotokatalitski aktivnosti in superhidrofilnosti titanovega dioksida, so v komercialni uporabi dostopne že več desetletij. Titanov dioksid je široko dostopen in poceni polprevodniški naravni mineral, pri aplikaciji samočistilnih tankih plasti v fotokatalitske namene pa ima dve glavni pomanjkljivosti, ki zmanjšujeta njegovo učinkovitost: (1.) relativno širok prepovedani pas (3,2 eV za anataz) povzroča absorpcijo pri nizkih valovnih dolžinah - v UV delu, ki predstavlja manj kot 5% sončeve svetlobe in (2.) hitra rekombinacija fotoinduciranih parov elektron-vrzel, ki nastanejo po ločitvi naboja pod vplivom fotonov. Eden izmed postopkov izboljšave teh pomanjkljivosti je dopiranje različnih elementov v TiO2 strukturo, med drugimi tudi dopiranje z vanadijem. V okviru magistrskega dela je bila s pomočjo sol-gel postopka pripravljena koloidna raztopina TiO2-SiO2 z različnimi vsebnostmi dopiranega vanadija. S potapljanjem (dip-coating tehnika) različnih podlag so bili pripravljeni vzorci različnih debelin tanke plasti. S pomočjo različnih spektroskopskih (UV-Vis spektroskopija, IR spektroskopija, Ramanska spektroskopija) in drugih tehnik (vrstična elektronska mikroskopija, rentgenska praškovna difrakcija, merjenje kontaktnega kota) so bile določene strukturne, optične in fotokatalitske značilnosti. V poglavju 4. Rezultati in razprava so podane ključne ugotovitve magistrskega dela. Med drugim je bilo ugotovljeno, da so bili kljub nizki temperaturi priprave vsi vzorci transparentni in fotoaktivni. Rentgenska praškovna difrakcija, Ramanska in IR spektroskopija dokazujejo, da obstaja velika verjetnost vgrajevanja vanadija v strukturo TiO2-SiO2. Optične značilnosti vzorcev so pokazale, da vanadij bistveno ne vpliva na prepustnost, odbojnost in motnost. Optične lastnosti so napovedovale dobro fotokatalitsko aktivnost, a vseh predvidenih fotokatalitskih eksperimentov ni bilo mogoče izvesti zaradi ukrepov Vlade RS za zajezitev bolezni COVID-19 (marec–junij 2020).

• Language: Slovenian
• Keywords: fotokataliza, TiO2, tanke plasti, sol-gel sinteza, dip-coating, samočistilne površine
• Work type: Master's thesis/paper
• Typology: 2.09 - Master's Thesis
• Organization: FKKT - Faculty of Chemistry and Chemical Technology
• Year: 2020
• PID: 20.500.12556/RUL-117360
• COBISS.SI-ID: 22875907
• Publication date in RUL: 08.07.2020

POVIRK, Nejc, 2020, Strukturne, fotokatalitske in optične lastnosti tankih plasti TiO2-SiO2, dopiranih z vanadijem [online]. Master’s thesis. [Accessed 18 March 2025]. Retrieved from: https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?lang=eng&id=117360

Secondary language

• Language: English
• Title: Structural, photocatalytic and optical properties of vanadium doped TiO2-SiO2 thin films

Abstract

Self-cleaning, anti-fogging and aseptic thin films based on photocatalytic and superhydrophilic properties of TiO2, have been used for commercial purposes worldwide for decades. TiO2 is a commercially available natural material with semiconducting characteristics, with two main disadvantages referring to self-cleaning thin films applications: (1.) wide bandgap (3,2 eV for anatase) with absorption in UV spectral region, representing less than 5% of sunlight and (2.) fast recombination of pairs electron-hole, produced by photon interaction. Doping with elements is one of methods which improves these disadvantages, and vanadium may be suitable dopant. In this work, TiO2-SiO2 thin films with different amounts of vanadium dopant were prepared by sol-gel synthesis and dip-coated on different substrates. We used different techniques for structural, optical and photocatalytic characterisation (UV-Vis, IR and Raman spectroscopy, SEM, XRD, Contact angle measurements …). Despite low temperature preparation TiO2-SiO2 thin films all were transparent and showed excellent photocatalytic properties. XRD, Raman and IR spectroscopy showed possible incorporation of vanadium into TiO2-SiO2 structure. UV-Vis spectroscopy results showed that transparency, spectral reflectance and haze do not change significantly with adding vanadium dopant. It brought no specific improvements in optical, structural or photochemical characteristics. However, optical properties promised good photocatalytic results. Due to Coronavirus pandemic (March–June 2020) we could not perform all scheduled photocatalytic experiments.

• Keywords: photocatalysis, TiO2, thin films, sol-gel synthesis, dip-coating, self-cleaning surfaces