Projekti / Programi
Nanostrukturirani anorganski fotokatalizatorji za solarno cepitev vode
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.01 |
Tehnika |
Materiali |
Anorganski nekovinski materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P360 |
Naravoslovno-matematične vede |
Anorganska kemija |
anorganski fotokatalizatorji, solarna cepitev vode, proizvodnja vodika
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
23603 |
dr. Urša Pirnat |
Materiali |
Vodja |
2010 - 2011 |
40 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
1540 |
Univerza v Novi Gorici |
Nova Gorica |
5920884000 |
14.070 |
Povzetek
Vodikova ekonomija, brez kakršnikoli tveganj za okolje in negativnih vplivov na podnebje, bo sprejemljiva le v primeru, ko vodik ne bo pridobljen iz fosilnih goriv, temveč iz alternativnih virov energije. Način za najbolj ekološko in najčistejše pridobivanja vodika je uporaba najbolj razširjenega in dosegljivega vira energije, t.j. sončne energije. Direktna cepitev vode s sončno svetlobo na osnovi heterogene fotokatalize tako predstavlja najbolj obetaven način pridobivanja vodika.
Teoretično se predvideva, da je zgornja meja kvantnega izkorista fotokatalitične cepitve razpada vode 16 %. Osnovni cilj projekta je razvoj novega anorganskega fotokatalizatorja za fotokemično cepitev vode, ki ga bo mogoče uporabiti v tehnologiji solarnega pridobivanja vodika. Raziskave se bodo osredotočile na razvoj robustnih, učinkovitih, zanesljivih, cenovno sprejemljivih in stabilnih foto-elektrokemijskih sistemov, kjer bo sončna svetloba zagotavljala energijski vložek. Najbolj zanimiv, enostaven in uporabe način za izvajanje takšne cepitve vode je dispergiranje katalizatorskega prahu v vodi.
V tem projektu bomo osredotočili se bomo na tantalatne, niobatne, kromatne in kupratne spojine s fluoritno kristalno strukturo na osnovi Bi2O3. Te spojine niso bile še nikoli sintetizirane v obliki nanoprahov niti niso bile raziskane s stališča fotokatalize. Uvrščajo se v razred proti oksidaciji izredno stabilnih materialov, na osnovi edinstvene elektronske strukture pa, je pričakovati visoke fotoaktivnosti. Cilji so:
1) sinteza polprevodnih nanodelcev na osnovi nanotehnoloških sintez kot so: hidrotermalna, metoda z reverznimi micelami, koprecipitacija, sol-gel ipd.
2) optimizacija sinteznih tehnik vključno z vsemi parametri sineteze, ki določajo strukturne, fizikalne in morfološke lastnosti delcev ter elektronsko strukturo, npr. kvantno limito ter elektronsko prilagajanje
3) Izboljšanje odzivnosti materialov na vidno svetlobo
4) Raziskave vpliva dopiranja na elektronsko strukturi in prevodnost
5) Uporaba ko-katalizatorjev in modifikacija morfologije površine z aktivnimi mesti za redukcijo in oksidacijo vode v vodik v kisik.
6) Raziskave površinsko odvisnih elektrokemijskih procesov in njihov vpliv na fotoaktivnost.
7) Optimizacija ko-katalize in dopiranja
Način procesiranja nanomaterialov, na katerem temelji projekt, predstavlja napredno procesiranje materialov z znatno zmanjšanim onesneževanjem okolja, energetsko varčnostjo in ekonomičnostjo v primerjavi z obstoječimi tehnologijami. Načrtovane študije materialov, ki bodo opravljene v tem projektu, zajemajo najsodobnejše analizne metode, ki so nam dostopne v našem laboratoriju oziroma preko naših raziskovalnih partnerjev. Tako bomo dobili edinstven vpogled v procese, ki se dogajajo med fotokatalizo v materialu in na njegovi površini, kar nam daje zelo dobre izglede za uspešen razvoj novih fotokatalitičnih materialov za cepitev vode.
Pomen za razvoj znanosti
Znanstveni in tehnološki cilji predlaganega projekta predstavljajo velik izziv. Projekt je zastavljen tako, da lahko pričakujemo nove in izjemno pomembne rezultate na področju fotokatalizatorjev. Vpliv predlaganih raziskav na znanost in ostale raziskovalce na tem področju bo velik. Projekt je zastavljen tako, da lahko pričakujemo nove in izjemno pomembne rezultate na področju fotokatalizatorjev za cepitev vode s sončno svetlobo. Projekt je namenjen pridobivanju novih osnovnih spoznanj in tako se pričakuje dolgoročen vpliv na to znanstveno področje.
Po pričakovanjih lahko raziskave znotraj tega programa generirajo nove pomembne znanstvene izsledke kot npr.:
- razvoj novih tipov materialov in njihova uporaba v fotokatalitskih procesih
- analiza strukturnih, elektronskih in fotokatalitičnih karakteristik novih katalizatorjev
- sinteza nano-delcev s kontrolirano morfologijo
- razumevanje vplivov morfologije, sestave, polimorfnih karakteristik in velikosti delcev na fotokatalitsko aktivnost
- razumevanje fotokatalitskih procesov na površini katalizatorja
- razumevanje vloge kokatalizatotja in kationskega dopiranja
Projekt bo usmerjen v končen cilj, ki je razvoj foto-katalizatorja in fotokataliznega procesa s karakteristikami, ki bodo bistveno boljše od obstoječih. To bi seveda imelo velik tehnološki pomen vendar pa bi tudi predstavljalo izredno pomemben znanstveni dosežek
Namen je tudi zelo aktivna komunikacija z raziskovalnimi laboratoriji, ki so že vključeni v tovrstne raziskave. To bi omogočilo ustrezno izmenjavo idej in strokovnosti na področju fotokatalize. Omogočilo bi dosegati sinergijske efekte z ostali relevantnimi skupinami širom sveta.
Cilj je da bi izsledke svojih raziskav sproti objavljali (oziroma patentirati) v znanstvenih revijah z visokim indeksom vpliva ter s tem izkazati kvaliteto opravljenih raziskav znotraj predlaganega programa.
Pomen za razvoj Slovenije
Za razvoj Slovenije je projekt pomemben iz več vidikov:
(i) sinteza novih fotokatalizatorjev, ki bi bili popolna novost na tržišču
(ii) vsi postopki, ki jih pri raziskavah uporabljamo, bi razviti lahko pomenili možnost uvajanja teh postopkov v proizvodnjo
(iii) poleg razvoja novih materialov z visoko dodatno vrednostjo zaradi njihove velike pomembnosti v tehniki je projekt pomemben predvsem s stališča energije in naravovarstvenega stališča. Namreč, Slovenija nima svojih fosilnih zalog energentov zato je ključnega pomena razvoj možnosti vpeljave različnih tehnologij s katerimi bi izkoriščali za pridobivanje energije le obnovljive vire energije, ki pa so na voljo. V tem segmentu se projekt
popolnoma vključuje v pomembnost za razvoj Slovenije.
(iv) Izobraževanje mladih kadrov in širjenje znanja: kot zaposleni na univerzi si prizadevamo da z znanjem, ki ga pridobimo tudi preko projekta seznanimo študente in tudi širšo znanstveno publiko v okviru seminarjev in organizacij konferenc.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2010
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2010
