Laserska sinteza nanočestica i primjene u fotokatalizi

disertacija

• Naslov (engleski): Laser synthesis of nanoparticles and applications in photocatalysis
• Autor: Damjan Blažeka
• Mentor: Nikša Krstulović (mentor)
• Član povjerenstva: Nataša Vujičić (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Hrvoje Buljan (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Nikša Krstulović (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Prirodoslovno-matematički fakultet; (Fizički odsjek); Zagreb
• Datum i država obrane: 2022-07-22, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: PRIRODNE ZNANOSTI; Fizika
• Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC): 53 - Fizika

Sažetak

U ovoj doktorskoj disertaciji pulsna laserska ablacija u vodi korištena je za sintezu nanočestica titanovog dioksida i cinkovog oksida koje imaju jaka fotokatalitička svojstva. U tu svrhu korišten je nanosekundni laser Nd:YAG osnovne valne duljine 1064 nm. Razne eksperimentalne tehnike (XRD, XPS, TEM/SEM, UV-Vis, Raman) su primijenjene za karakterizaciju dobivenih nanočestica kako bi se odredila njihova kristalna struktura, optička svojstva, oblik i distribucija po veličini. Razvijena je jednostavna metoda za određivanje koncentracije laserski sintetiziranih nanočestica u vodi, a u njoj se koriste podaci o volumenu ablacijskog kratera i raspodjela nanočestica po veličini. Metoda je testirana na nanočesticama titanovog dioksida i provjerena pomoću Beer-Lambertovog zakona. Pulsnom laserskom ablacijom titana su dobivene načestice titanovog dioksida, koje su, nakon zagrijavanja u vodi na 90°C, kristalizirale i pokazale jaču fotokatalitičku aktivnost s obzirom na UV i vidljivo zračenje nego P25 čestice. Fotokataličnost nanočestica određivana je mjerenjem brzine fotodegradacije raznih organskih otapala (Methylene Blue, Rhodamine B) pod UV ili vidljivim zračenjem u njihovoj prisutnosti. Mjerena je ovisnost fotokatalitičke aktivnosti nanočestica cinkovog oksida o njihovoj koncentraciji, početnoj koncentraciji i vrsti organskog bojila, a dobivene ovisnosti su teorijski objašnjene. Razvijena je metoda za sintezu dopiranih nanočestica pulsnom laserskom ablacijom u vodi, na način da se u njoj ablatira meta na koju je prethodno u pulsnoj laserskoj depoziciji naparen film materijala za dopiranje. Na taj način su dobivene nanočestice cinkovog oksida s različitim udjelima srebra i pojačanom fotokatalitičkom aktivnošću koja je najveća na izmjerenom optimalnom masenom udjelu srebra 0.32%.

Sažetak (engleski)

In this PhD thesis pulsed laser ablation in water is used for synthesis of titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles with strong photocatalytic properties. For that purpose the nanosecond laser ND:Yag with basic wavelength at 1064 nm is used. Various experimental techniques (XRD, XPS, TEM/SEM, UV-Vis, Raman) are performed for the purpose of characterization of synthesized nanoparticles in order to determine their crystal structure, optical properties, shape and size distribution. The simple method for determination of laser synthesized nanoparticles concentration in water is developed, in which the ablation crater volume and nanoparticles size-distribution data are used. The method is tested for titanium dioxide nanoparticles and verified by using Beer-Lambert law. Titanium dioxide nanoparticles are synthesized by pulsed laser ablation of titanium target and it is shown that they crystallized after heating in water at 90°C and developed large photocatalytic activity in the presence of UV and visible light when compared with P25. Photocatalytic efficiency of nanoparticles was calculated by measuring the photodegradation rate of different dyes (Methylene Blue, Rhodamine B) under UV or visible light and in their presence. A dependence of zinc oxide nanoparticles photocatalytic efficiency on their concentration, initial dye concentration and dye type was measured, and obtained relations are theoretically explained. The method for laser synthesis of doped nanoparticles is developed, in which pulsed laser ablation in water is used for ablation of target that is previously coated by dopant material using pulsed laser deposition. In this way the zinc oxide nanoparticles with different silver ratios are synthesized, and they are shown to have improved photocatalytic efficiency, which is the largest at the measured optimal silver ratio 0.32 wt %.

• Ključne riječi: pulsna laserska ablacija; fotokataliza; nanočestice; titanov dioksid; cinkov oksid; dopiranje; pulsna laserska depozicija
• Ključne riječi (engleski): pulsed laser ablation; photocatalysis; nanoparticles; titanium dioxide; zinc oxide; dopant; pulsed laser deposition
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:848018
• Datum promocije: 2022
• Studijski program: Naziv: Fizika; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: poslijediplomski doktorski; Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti, područje prirodnih znanosti, polje fizika (dr. sc.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Opseg: 130 str.
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2022-08-26 11:29:19