Optimalizace fotokatalytické redukce CO2 s využitím TiO2: Nové perspektivy pro udržitelnou chemii

Abstract

Tato diplomová práce se zabývala fotokatalytickou redukcí CO2 v přítomnosti fotokatalyzátorů na bázi oxidu titaničitého a oxidu ceričitého. Studovanými fotokatalyzátory byly čistý TiO2, CeO2, kompozitní fotokatalyzátor TiO2/CeO2 a povrchově modifikované nanočástice CeO2 upravené dietylentriaminem (DETA/CeO2) a etylendiaminem (EDA/CeO2). Fotokatalyzátory byly charakterizovány pomocí XRD, ATR-FTIR, TEM, SEM-EDX, UV-VIS DRS a fotoproudové spektroskopie. Fotokatalytické experimenty byly prováděny ve vsádkovém nerezovém fotoreaktoru za ozáření UVC světlem. Sledovanými plynnými produkty byly CH4, CO a H2, které byly analyzovány na GC/BID. Z výsledků vyplývá, že nejvyšší selektivitu vůči produktům fotokatalytické redukce CO2 (CH4 a CO) vykazoval fotokatalyzátor TiO2, zatímco CeO2 a zejména DETA/CeO2 a EDA/CeO2 vykazovaly vyšší aktivitu při fotokatalytickém štěpení vody a produkci H2. Kompozitní fotokatalyzátor TiO2/CeO2 se ukázal jako účinný materiál z hlediska stability fotoproudu a separace nosičů nábojů. Diplomová práce poskytuje náhled na chování různých typů fotokatalyzátorů při redukci CO2 a potvrzuje jejich potenciál pro budoucí využití, zejména pokud budou tyto systémy optimalizovány pro provoz za slunečního záření.

This diploma thesis deals with the photocatalytic reduction of CO2 in the presence of TiO2 and CeO2 based photocatalysts. The investigated photocatalysts were pure TiO2, CeO2, TiO2/CeO2 composite photocatalyst, surface modified CeO2 nanoparticles treated with diethylenetriamine (DETA/CeO2) and ethylenediamine (EDA/CeO2). The photocatalysts were characterized by XRD, ATR-FTIR, TEM, SEM-EDX, UV-VIS DRS and photocurrent spectroscopy. The photocatalytic experiments were carried out in a batch stainless steel photoreactor under UVC light irradiation. The gaseous products were detected CH4, CO, and H2, which were analyzed on GC/BID. The results show that the photocatalyst TiO2 exhibited the highest selectivity towards the photocatalytic CO2 reduction products (CH4 and CO), while CeO2 and especially DETA/CeO2 and EDA/CeO2 showed higher activity for photocatalytic water splitting and H2 production. The TiO2/CeO2 composite photocatalyst proved to be an effective material in terms of photocurrent stability and charge carrier separation. This thesis provides insight into the CO2 reduction behaviour of different types of photocatalysts and confirms their potential for future applications, especially if these systems are optimised for operation under solar irradiation.