Naslov
Priprema i primjena tankih filmova nanostrukturiranoga titanijeva dioksida i kompozita s barijevim titanatom
(Synthesis and application of nanostructured titania thin films and their composites with barium titanate)

Autori
Bohač, Mario

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije

Mjesto
Zagreb

Datum
01.06

Godina
2023

Stranica
156

Mentor
Juraić, Krunoslav ; Kassal, Petar

Ključne riječi
titanijev dioksid ; nanocjevčice ; tanki film ; kompozitni materijal ; barijev titanat ; fotokataliza ; perovskitne solarne ćelije
(titanium dioxide ; nanotubes ; thin films ; composite materials ; barium titanate ; photocatalysis ; perovskite solar cells)

Sažetak
U ovom doktorskom radu istražen je utjecaj uvjeta pripreme na strukturna i optoelektrična svojstva tankih filmova usmjerenih nanocjevčica titanijeva dioksida i kompozita s barijevim titanatom, te optimizacija njihovih svojstva za primjenu u fotokatalizi i kao slojevi za prijenos elektrona u perovskitnim solarnim ćelijama. Kombinacijom fizikalnih i kemijskih sintetskih metoda, te optimizacijom uvjeta sinteze pripremili su se homogeni, transparentni tankoslojni uzorci nanocjevčica s optimalnom širinom i duljinom pora. U prvom koraku metodom magnetronskog rasprašenja najprije su naneseni tanki filmovi titanija na podlogu stakla prekrivenog prozirnim vodljivim oksidom. U drugom koraku elektrokemijskom anodizacijom slojeva titanija i naknadnom termalnom obradom pripremljeni su tanki filmovi vertikalno usmjerenih nanocjevčica titanijeva dioksida. U trećem koraku ispitala se priprema kompozitnih materijala nanocjevčica s barijevim titanatom hidrotermalnom sintezom, rotacijskim oblaganjem otopina barijevog hidroksida, sol-gel sintezom i magnetronskim rasprašivanjem. Uvjeti pripreme kao npr. trajanje depozicije titanijeva sloja magnetronskim rasprašenjem, sastav elektrolita i napon kod elektrokemijske anodizacije, koncentracija otopina prekursora mijenjani su u širokom rasponu i detaljno je analiziran njihov utjecaj na svojstva tankih filmova nanocjevčica titanijeva dioksida. Sol-gel sinteza i magnetronsko rasprašivanje barijevog titanata pokazale su se neprikladnima za sintezu slojeva barijevog titanata na titanijevom dioksidu budući da je za kristalizaciju tih slojeva potrebna previsoka temperaturna obrada koja bi narušila strukturna, optička i električna svojstva titanijeva dioksida i podloge. U doktorskom radu pokazano je da čiste, odnosno nemodificirane nanocjevčice imaju veliki potencijal za primjenu u fotokatalizi, pogotovo u slučaju razgradnje diklofenaka. Efikasnost fotokatalize ispitivala se praćenjem promjene koncentracije onečišćujuće tvari diklofenaka u vremenu. Modificiranjem rotacijskim oblaganjem površine nanocjevčica s barijevim hidroksidom uzrokovalo je povećanje efikasnosti fotokatalize za 28 % što je rezultiralo fotokatalitičkom razgradnjom ≈ 90 % diklofenaka unutar 60 min. Međutim pripremom kompozitnog materijala hidrotermalnom reakcijom rezultiralo je smanjenjem efikasnosti fotokatalize uslijed narušavanja optičkih i električnih svojstava nanocjevčica i smanjivanja specifične površine nanocjevčica titanijeva dioksida nastankom sloja barijevog titanata. Tanki filmovi nanocjevčica titanijeva dioksida su također uspješno primijenjeni kao sloj za prijenos elektrona u perovskitnim solarnim ćelijama sa standardnom konfiguracijom. Pri tome je najveća postignuta efikasnost konverzije perovskitnih solarnih ćelija s ugrađenim slojem nanocjevčica titanijeva dioksida iznosila 13, 5 %. Za daljnje poboljšanje efikasnosti solarnih ćelija potrebno je provesti optimizaciju i ostalih slojeva perovskitne solarne ćelije, što prelazi okvire ovog doktorskog rada i predmet je budućih istraživanja. Kompozitni slojevi pripremljeni u sklopu ovog doktorskog rada su se također ispitali za primjenu u perovskitnim solarnim ćelijama kao slojevi za prijenos elektrona. Korištenje kompozitnog materijala pripremljenog hidrotermalnom reakcijom rezultiralo je smanjenjem efikasnosti i padom parametara solarnih ćelija uslijed smanjenja specifične površine pokrivanjem pora nanocjevčica, rasta električnog otpora i smanjenja transmisije rastom sloja barijevog titanata. Zaključno, tanki filmovi titanatnih nanocjevčica pripremljeni u sklopu ovog doktorskog rada imaju veliki potencijal za daljnji razvoj i primjenu, pogotovo u području primjene sunčeve energije kao npr. za fotokatalizu i solarne ćelije. Međutim, kompozitni materijali barijevog titanata i tankih filmova vertikalno usmjerenih nanocjevčica zahtijevaju daljnja detaljna istraživanja te optimizaciju svojstava i postupaka pripreme kako bi bili uspješno iskorišteni u raznim primjenama.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Kemija

POVEZANOST RADA