Solvothermal synthesis and physicochemical characterization of bismuth vanadate for the photoelectrochemical oxygen evolution reaction
Year: 2025
Type: dissertation
Abstract: Bizmut vanadat (BiVO4, BVO) predstavlja vrlo perspektivan materijal za različite fotokatalitičke (PC) i fotoelektrohemijske (PEC) primene zahvaljujući pogodnom energetskom procepu, elektronskoj strukturi, stabilnosti i ekonomski isplativoj sintezi. Ipak, njegova efikasnost je ograničena svojstvima prenosa naelektrisanja, što je prvenstveno posledica visoke stope rekombinacije elektrona i šupljina, kao i spore kinetike oksidacije vode. Da bi se prevazišli ovi nedostaci, korišćene su različite strategije, uključujući optimizaciju sinteze, inženjering defekata i deponovanje kokatalizatora. BVO može biti sintetisan u obliku praha ili tankih filmova, u zavisnosti od specifične primene. Ovo istraživanje obuhvata oba tipa uzoraka, sa fokusom na optimizaciju solvotermalne sinteze kao i modifikacije uzoraka koje doprinose poboljšanju performansi i boljem razumevanju mehanizama koji ih određuju. Za karakterizaciju strukturnih, morfoloških i elektronskih svojstava BVO prahova i tankih filmova korišćene su različite fizičkohemijske tehnike, uključujući difrakciju X-zracima, skenirajuću i transmisionu elektronsku mikroskopiju, ramansku spektroskopiju, rendgensku fotoelektronsku spektroskopiju, difuziono refleksionu spektroskopiju, fotoluminiscenciju, linearnu voltametriju, hronoamperometriju, elektrohemijsku impedansnu spektroskopiju i Mott-Schottky-jevu impedansnu spektroskopiju. Prvi deo disertacije posvećen je uticaju dopiranja (1%, 2,5% i 5% Cu, Mo i W) i trajanja solvotermalne sinteze (8 h i 20 h) na fizičkohemijska svojstva BVO prahova i njihovu efikasnost pri PC razgradnji metilenskog plavog. Sinteza je sprovedena u voda/pentanol sredini (2:1 %), koja omogućava preciznu kontrolu površinske hemije, veličine čestica i morfologije kroz upotrebu različitih funkcionalizujućih agenasa. Ovaj pristup je takođe omogućio kontrolu odnosa između monoklinične šelitne i tetragonalne cirkonske faze, čime je uspostavljena veza između faznog sastava i strukturnih, morfoloških i optičkih svojstava. Drugi deo istraživanja usmeren je ka optimizaciji sinteze tankih filmova i njihovu modifikaciju ozračivanjem jonskim snopovima i depozicijom kokatalizatora. Prvo, tanki filmovi su bili izloženi N5+ jonskim snopovima energije 75 keV, što je dovelo do značajnog narušavanja PEC aktivnosti. Kako bi se dodatno ispitali efekti ozračivanja kao i uloga defekata u PEC performansama, korišćeno je ozračivanje brzim teškim jonima visoke energije (Xe24+, 150 MeV, 5 × 109 – 5 × 1011 jona cm-2) radi uvođenja defektne strukture i procene njenog uticaja na efikasnost reakcije izdvajanja kiseonika. Pored ozračivanja jonskim snopovima, na dodatno optimizovane tanke filmove BVO, izvršena je depozicija kokatalizatora na bazi Ni i Co koristeći metodu katodnog raspršivanja. Na ovaj način, došlo je do trostrukog povećanja PEC aktivnosti. Detaljna analiza svojstava na površini i unutar dubine faze materijala, pre i posle deponovanja kokatalizatora, omogućila je bolje razumevanje mehanizama koji doprinose ovom poboljšanju.
Author: Jelić, Marko
Language: Serbian
Field: Energy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7220766641