Methane activation in photocatalytic systems

Wpływ na aktywność fotokatalizatora może mieć zarówno jego modyfikacja powierzchniowa, jak i struktura krystaliczna. Celem niniejszej pracy było sprawdzenie, w jaki sposób czyniki te wpływają na wydajność fotokatalityczną w reakcjach redukcji i utleniania.Platynę osadzono na powierzchni TiO2 trzema metodami: redukcji za pomocą NaBH4, fotoredukcji oraz redukcji termicznej. Wykazano, że sposób modyfikacji wpływa na strukturę elektronową TiO2 poprzez generację dodatkowych stanów elektronowych. Najlepszymi reduktorami są materiały z dużą gęstością stanów w zakresie niskich potencjałów. Pokazano, że prażenie TiO2 poprawia jego wydajność w procesach redukcji, ale depozycja platyny na powierzchni skutkuje otrzymaniem mniej wydajnych fotokatalizatorów w porównaniu do tych na bazie niemodyfikowanego TiO2. Na podstawie pomiarów generacji rodników hydroksylowych stwierdzono, że procesem limitującym PSRM jest redukcja. Porównano także fotokatalizatory otrzymane na bazie złota, rutenu i platyny. Niezależnie od metody syntezy, największą wydajność w procesach redukcji wykazywały fotokatalizatory platynowe.Kolejnym celem pracy była synteza i charakterystyka fizykochemiczna kryształów TiO2 metodą hydrotermalną. Otrzymano materiały o różnej ekspozycji płaszczyzn krystalograficznych i różniące się rozmiarem. Ze względu na zanieczyszczenie powierzchni fotokatalizatorów niemożliwe jest stwierdzenie, w jaki sposób zróżnicowana ekspozycja ścian krystalicznych wpływa na wydajność redukcji i utleniania.

Photocatalytic activity might be dependent both on crystal structure and surface modifications. The aim of this thesis is to determine how these two factors affect efficiency of photocatalyst in reduction and oxidation processes.Surface modified titanium(IV) oxide has been used as a photocatalyst. Three different methods of platinum deposition were compared: reduction with NaBH4, photoreduction and thermal reduction. It has been showed that the deposition method affects TiO2 electronic structure by introducing additional surface states. The most efficient reduction shows materials with high density of states localized under the lower edge of conduction band. Although calcination of TiO2 improves its efficiency in reduction processes, deposition of Pt results in obtaining less efficient materials compared to those synthesized with unmodified TiO2. On the basis of hydroxyl radical generation measurements it has been proven, that the limiting process in PSRM is reduction.TiO2 modified with Au, Ru and Pt was also characterized. Regardless of synthesis method, the most efficient reduction processes take place on photocatalysts modified with platinum.In three synthesis (with TBAH:DEA ratio 1:1, 1:2 and 2:5) TiO2 crystals with diverse shape and facets exposure were obtained. Due to contaminated surface it is impossible to determine how exposing certain facets affects redox efficiency.