Influence of transition metal oxides on photocatalytic activity of TiO2

Przepływ energii leży u podstaw wszystkich procesów fizycznych i chemicznych. Słońce wyświecając ogrom energii, dostarcza jej w nadmiarze do powierzchni Ziemi, a natura znalazła w procesach fotosyntezy sposób na wykorzystywanie owego strumienia do własnych potrzeb. Ludzkość biorąc z niej przykład stara się badać i opracowywać sposoby zaprzęgania energii słonecznej w swoich celach. Jedną z takich metod jest fotokataliza, gdzie wykorzystuje się w kontrolowany sposób światło do przeprowadzania przemian chemicznych.Tlenek tytanu(IV) jest tanim, nietoksycznym, stabilnym materiałem, a heterogeniczna fotokataliza oparta na nim jest jednym z najbardziej przebadanych i obiecujących zaawansowanych procesów. Liczba badań opisujących jego możliwe zastosowania ciągle się powiększa. Niniejsza praca wpisuje się w ten nurt. Przedmiotem jej starań było zbadanie wpływu znanych katalizatorów, tlenków miedzi(II), rutenu(IV) i ceru(IV), na aktywność fotokatalityczną dwutlenku tytanu, celem uzyskania materiału wykazującego możliwie jak najlepsze właściwości pożądane w rozmaitych zastosowaniach fotokatalitycznych. Szczególnym zadaniem była ocena uzyskanego materiału pod kątem wytworzenia z niego hierarchicznego materiału łączącego właściwości katalityczne i fotokatalityczne poprzez osadzenie katalizatora na fotokatalitycznej macierzy.Stwierdzono, że dla poprawy właściwości fotokatalitycznych TiO2 konieczne jest skuteczne połączenie go z katalizatorami, tak aby zapewnić dobry kontakt elektryczny pozwalający na swobodną migrację elektronów i dziur z TiO2 do katalizatora, jednocześnie nie niszcząc struktury materiałów. Poprzez mechaniczne ucieranie komercyjnie dostępnego dwutlenku tytanu (N100) z 0,1 do 0,5% tlenkiem rutenu(IV) oraz impregnację jonami miedzi(II), osiągnięto poprawę właściwości fotokatalitycznych w procesach utleniania. Obecność klasterów miedzi(II) poprawia redukcję tlenu do rodników ponadtlenkowych, natomiast RuO2 katalizuje proces utleniania wody.Energy flow lies at the basis of all chemical and physical phenomena. Sun by emitting immensity of energy supplies it in abundance to Earths surface, and the nature developed in photosynthesis means of utilising this flow for its own needs. Humanity following nature foot steps studies and develops ways of harnessing solar energy for their own purposes. One of such methods is photocatalysis which exploits light in a controlled manner to carry out chemical conversions.Titanium(IV) oxide is a inexpensive, non-toxic, stable material, and heterogenous photocatalysis based on it is one of the most studied and promising advanced processes. The number of studies describing its possible applications is ever increasing. This work follows this trend. The goal of this study was examination of the influence of known cathalysts — copper(II), ruthenium(IV), cerium(IV) oxides — on the photocatalytic activity of titanium dioxide, with the aim to obtain a material exhibiting the best possible properties required in various photocatalytic apllications. The particular task was to evaluate obtained materials as possible candidates for developing hierachical materials combining catalytic and photocatalytic properties by embedding catalyst in photocatalytic matrix.It was found that to improve TiO2 photocatalytic properties it is necessary to effectively combine it with cathalysts to ensure good electrical contact allowing for unimpeded flow of electrons and holes from TiO2 to catalyst simultaneously, without destroying the structure of the materials. Through mechanical grinding commercialy available titanium dioxde (N100) with 0,1 to 0,5% ruthenium(IV) oxide and impregnation with copper(II) ions enhancement of photocatalytic properties was achieved in oxidation processes. The presence of copper(II) clusters improves reduction of oxygen to superoxide radicals, while RuO2 catalyzes oxidation of water