Parzuch Aleksandra
Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej
Pracownia Elektroanalizy Chemicznej
Część eksperymentalną wykonano w Laboratorium Molekularnych Innowacji Słonecznych w Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego.
Układy kompozytowe do fotoelektrochemicznej redukcji CO2
Aleksandra Parzuch
Promotorzy: dr hab. Renata Solarska, dr hab. Krzysztof Miecznikowski
Opiekun: dr Ewelina Szaniawska
Wzrost zapotrzebowania na energię towarzyszący obecnemu, intensywnemu rozwojowi technologicznemu sprzyja nadmiernej produkcji gazów cieplarnianych, powodując jednocześnie ich akumulację na Ziemi. Działalność człowieka sprawia, że rocznie do atmosfery uwalniane jest około 37Gt dwutlenku węgla.[1] W konsekwencji wzrost stężenia CO2 przyczynia się do pogłębienia efektu cieplarnianego czy zakwaszania oceanów. Z kolei rosnąca świadomość ekologiczna motywuje współczesne społeczeństwa do poszukiwania alternatywnych źródeł energii, wolnych od emisji dwutlenku węgla. Największym z nich jest słońce – ilość energii słonecznej jaka dociera do powierzchni Ziemi w ciągu godziny pozwoliłaby na pokrycie rocznego zapotrzebowania na energię. Poszukuje się zatem układów, które pozwoliłyby na redukcję dwutlenku węgla do alternatywnych paliw, wykorzystując do tego energię słoneczną. Wśród materiałów powszechnie stosowanych do konwersji promieniowania słonecznego są półprzewodniki, takie jak tlenek miedzi(I) czy tlenek tytanu(IV).
Celem mojej pracy badawczej była synteza i charakterystyka układów złożonych, wieloskładnikowych zdolnych do fotoelektrochemicznej redukcji tlenku węgla(IV), z wykorzystaniem energii słonecznej. Półprzewodnik typu p, tlenek miedzi(I) osadzony został na dwóch podłożach: szkle przewodzącym FTO oraz blasze tytanowej. Z racji na posiadane właściwości fizykochemiczne (m.in. wąskie pasmo wzbronione, zdolność do absorbcji światła z zakresu widzialnego) umożliwia on prowadzenie procesu redukcji CO2. Zasadniczą wadą Cu2O jest jego podatność na (foto)korozję. Dlatego też podjęta została próba zabezpieczenia elektrochemicznie osadzonego Cu2O. W roli zewnętrznej warstwy zabezpieczającej zastosowano tlenek tytanu(IV) oraz zeolit TS-1 (mikroporowaty, tytanosilikalit). Wykorzystany w pracy badawczej tlenek tytanu(IV) (P-25) jest mieszanką dwóch odmian polimorficznych: anatazu oraz rutylu. Obecność tych dwóch odmian polimorficznych sprzyja ograniczeniu rekombinacji wytworzonych w układzie nośników ładunku[2]. Drugi badany układ uwzględniał obecność tlenku miedzi(I) pokrytego napyloną warstwą zeolitu, którego mikroporowata struktura m.in. umożliwia akumulację substratu – dwutlenku węgla przy powierzchni warstwy aktywnej jednocześnie chroniąc ją przed dekompozycją.[3] Dla powyżej zdefiniowanych układów wieloskładnikowych wykonana została charakterystyka fotoelektrochemiczna, oraz określono zakres absorpcji metodą UV-vis. Scharakteryzowano również morfologię otrzymanych układów kompozytowych techniką skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM).
Literatura:
[1] S. N. Habisreutinger, L. Schmidt-Mende, J. K. Stolarczyk, Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 52, 7372 – 7387, 2013.
[2] R. Asahi, T. Morikawa, T. Ohwaki, K. Aoki, Y. Taga, Visible-Light Photocatalysis in Nitrogen-Doped Titanium Oxides, Science, 2001, Vol. 293, Issue 5528, pp. 269-271.
[3] A. Chica, Zeolites: Promised Materials for the Sustainable Production of Hydrogen, Hindawi Publishing Corporation ISRN Chemical Engineering, Vol. 2013, 19 pages.