Properties and photocatalytic activity of modified TiO₂-Ta₂O₅system

Wydział Chemii: Zakład Kinetyki i KatalizyCelem pracy była synteza, charakterystyka i modyfikacja układów złożonych z tlenków tytanu i tantalu oraz zaprojektowanie i wykonanie nowego typu fotoreaktora. Do syntezy fotokatalizatorów wykorzystano metodę strąceniową (hydrolizę prekursorów jonów metali), a także metodę zol-żel w obecności kopolimeru blokowego. Metoda zol-żel miała zastosowanie w morfologicznej modyfikacji otrzymanych fotokatalizatorów (zwiększona porowatości). Zastosowano także modyfikację siarką dla układów otrzymanych metodą strąceniową. Wykorzystano do tego tiomocznik, jak i siarkę elementarną. Badania charakterystyki otrzymanych fotokatalizatorów (TG/TA, XRD, TEM/SEM, sorptometria azotu, DRUV-Vis) oraz ich aktywność fotokatalityczna (generowania wodoru z wodnego roztworu metanolu) wykazały, iż zwiększenie porowatości materiałów nie ma większego wpływu na aktywność fotokatalizatora. Głównym czynnikiem przyczyniającym się do zwiększenia ilości generowanego wodoru ma wielkość dyspersji fotokatalizatora w zawiesinie reakcyjnej. Natomiast modyfikacja tiomocznikiem prowadzi do sensybilizacji powierzchni, a nie do dotowania fotokatalizatora siarką, gdyż wprowadzenie tego pierwiastka do struktury zmniejsza ilość generowanego wodoru. Jest to następstwem zwiększenia się szybkości rekombinacji elektronowej.Prace nad fotoreaktorem przyczyniły się do stworzenia konstrukcji pozwalającej na wyeliminowanie elementów mechanicznych. Cały transport reagentów odbywa się samoczynnie przy wykorzystaniu gazu (nośnego lub jednego z produktów). Wytworzony fotoreaktor może spełniać również rolę kolektora słonecznego.The aim of this study was the synthesis, characterization and modification of mixed systems of titanium and tantalum oxides and the design and implementation of a new type of photoreactor.The new semiconducting photocatalysts were obtained by the precipitation method was used (hydrolysis of ions precursor). Also the sol-gel method were applied in the presence of block copolymer. Sol-gel method was used in morphological modifications (increased porosity). The obtained materials has been also modified with sulfur. Thiourea and elemental sulfur were used as a sulfur precursor. Characterization of obtained photocatalysts (TG / TA, XRD, TEM / SEM, N2 sorptometry, DRUV-Vis) and their photocatalytic activity (generation of hydrogen from aqueous methanol) showed that increasing porosity of the materials only slightly affect on the activity of photocatalyst. The main factor responsible for the increase amounts of generated hydrogen is related with size dispersion of photocatalyst in the reaction suspension. Modification with thiourea leads to sensitization of the surface. Introduction of this element in to the structure reduces the amount of generated hydrogen. The rate of electron recombination is responsible for this effect. The creation of a new construction of photoreactor allowed to eliminate of mechanical components. The entire transport of reactants is supported automatically using gas (carrier gas or one of the gaseous products). The newly designed photoreactor can fulfill the role of solar collector, as well