Projekt Sonata

edb83396-883b-48e9-8d25-660a6733a211_edited.jpg

SajTom Light Future realizował projekt: "Wzbudzenie, pułapkowanie, rekombinacje i międzyfazowy transfer ładunków w nanokrystalicznych, opartych na miedzi materiałach półprzewodnikowych typu core-shell do fotoelektrochemicznego rozkładu wody" o nr. 2016/21/D/ST4/00221 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki.

Cel prowadzonych badań

Cel gospodarczy

Zakupiona aparatura

Rezultaty projektu

Wizja braku paliw kopalnych jak i postępujące zanieczyszczenie środowiska naturalnego skłania do poszukiwania nowych odnawialnych źródeł energii, oraz ich lepszego wykorzystania. W związku z tym, wykazano możliwość skutecznego przetwarzania energii słonecznej za pomocą nośników energii takich jak np. wodór powstający w trakcie fotokatalitycznego rozkładu wody. Celem projektu jest rozwój nowych nanomateriałów typu core/shell (rdzeń/powłoka) o wysokiej aktywności w kierunku wytwarzania wodoru z wody. Projekt będzie dotyczył nowej grupy układów core/shell dedykowanych do fotokatalitycznej produkcji wodoru poprzez rozwój tanich materiałów wykazujących wysoką absorpcję światła oraz wydajne fotogenerowanie ładunków. Przez modyfikację właściwości materiałów w kierunku wydajniejszego transferu ładunków oraz szybszej kinetyki redukcji wody, zostaną otrzymane wysoce wydajne fotoelektrody o zwiększonym czasie życia wzbudzonych ładunków (elektrony i dziury). Projekt będzie dążył do poznania zależności pomiędzy właściwościami morfologicznymi (rozmiar ziaren, grubość warstwy powłoki na rdzeniu, kształt nanocząstek, powierzchnia właściwa), właściwościami elektronowymi (energia przerwy wzbronionej, potencjały krawędzi pasma walencyjnego (VB) i przewodnictwa (CB), potencjał Fermiego, gęstość stanów powierzchniowych) z wydajnością pierwotnych procesów fotokatalitycznych takich jak wzbudzenie i separacja ładunków, ich rekombinacja, pułapkowanie, i międzyfazowe przeniesienie. Poprzez ten projekt, podkreślamy, iż nie ma innej drogi w kierunku otrzymania stabilnych i wydajnych foto(elektro)katalizatorów, niż dogłębne poznanie i zrozumienie wyżej wymienionych pierwotnych procesów fotokatalitycznych.

Badanie i otrzymanie tanich materiałów core/shell charakteryzujących się dobrą absorpcją światła i wydajnym generowaniem par elektron/dziura wykorzystywanych do inicjowania procesów utleniania i redukcji jest kluczowe dla rozwoju fotokatalizy i jej wykorzystaniu w życiu i przemyśle. Poprzez określenie pożądanych właściwości materiałów prezentowany projekt wprowadzi nowe podejście w kierunku projektowania materiałów wykorzystywanych do fotokatalitycznego rozkładu wody, przez co projekt ma znaczenie zarówno z naukowego punktu widzenia jak i dla przyszłego rozwoju technologii w skali przemysłowej. Ponadto, pełna znajomość i kontrola procesów transferu ładunków jest kluczowym wymogiem dla systemów sztucznej fotosyntezy. Zostanie to osiągnięte poprzez badanie procesów pułapkowania, rekombinacji i międzyfazowego przeniesienia ładunków. Projekt, jak i jego rezultaty będą miały istotny wpływ na wiedzę z zakresu chemii i fizyki półprzewodników oraz wpłyną bezpośrednio na projektowanie bardziej wydajnych materiałów. Cele projektu wpisują się w zakres europejskiego programu ramowego dotyczącego nauki, a badana dziedzina stanowi jedną z Krajowych Inteligentnych Specjalizacji. Końcowym celem projektu jest rozwój fotokatod do produkcji wodoru, który może być uważany jako ?paliwo słoneczne? idealne dla rosnącego w społeczeństwie zapotrzebowania społeczeństwa na czyste i efektywne źródła energii.

W ramach realizowanego projektu zakupiono lub wytworzono niżej wymienioną aparaturę badawczą:

  • Spektrofotometr UV-Vis UV2600 (Shimadzu) ze sferą całkującą

  • Potencjostat/galwanostat SP 150 (BioLogic) wraz ze spektrometrem impedancyjnym

  • Zestaw do pomiarów spektroelektrochemicznych i fotospektroelektrochemicznych

W następstwie realizacji projektu przygotowano następujące publikacje naukowe:

  • Tomasz Barana, Alberto Visibile, Szymon Wojtyła, Marcello Marelli, Stefano Checchia, Marco Scavini, Francesco Malara, Alberto Naldoni, Alberto Vertova, Sandra Rondinini, Alessandro Minguzzi, Reverse type I core – CuI /shell – CuO: A versatile heterostructure for photoelectrochemical applications, Electrochim. Acta. 2018, 266, 441-451 link do publikacji

  • Szymon Wojtyła, Konrad Szmit, Tomasz Baran, Type II Heterostructures: The Way Towards Improved Photoelectrochemical Activity of Graphitic Carbon Nitride, J. Inorg. Organomet. Polym. 2018, 28, 492-499 link do publikacji

  • Tomasz Baran, Szymon Wojtyła, Alessandro Minguzzi, Sandra Rondinini – Photoelectrochemical and photocatalytic systems based on titanates for hydrogen peroxide formation, J. Electroanal. Chem. 2018, 808, 395-402 link do publikacji
  • Szymon Wojtyła, Tomasz Baran, Insight on doped ZnS and its activity towards photocatalytic removing of Cr(VI) from wastewater in the presence of organic pollutants, Materials Chemistry and Physics 2018, 212, 103–112 link do publikacji
  • Szymon Wojtyła, Tomasz Baran, Electrochemically prepared copper/indium oxides photocathode for efficient photoelectrochemical hydrogen production, Solar Energy Materials & Solar Cells,  2020, 206, 110262 link do publikacji
  • Szymon Wojtyła, Tomasz Baran, Copper zinc oxide heterostructure nanoflowers for hydrogen evolution, International Journal of Hydrogen Energy 2019, 44, 27343-27353 link do publikacji
  • Szymon Wojtyła, Tomasz Baran, Photocatalytic H2 production over RuO2@ZnS and RuO2@CuS nanostructures, International Journal of Hydrogen Energy 2019, 44, 14624-14634 link do publikacji