tytuł: | Photocatalytic reduction of carbon dioxiode in hybrid systems |
wariant tytułu: |
Fotokatalityczna redukcja ditlenku węgla w układach hybrydowych |
autor: | Baran Tomasz |
recenzent: | Quaranta Eugenio, Warszyński Piotr |
promotor: | Dibenedetto Angela, Macyk Wojciech |
instytucja sprawcza: | Jagiellonian University, University of Bari |
miejsce powstania: |
[Kraków] [Bari] |
data obrony : | 2015-03-10 |
strony: | [1], XIII, 152 |
sygnatura : |
Dokt. 2015/051 |
uwagi: | Dostęp do publikacji jest możliwy w Archiwum UJ |
język: | angielski |
abstrakt w j. polskim: | Wykorzystanie ditlenku węgla może przyczynić się do zmniejszenia jego emisji do atmosfery i ograniczenia zużycia zasobów węgla kopalnego. Badane są różnorakie metody redukcji CO2, spośród których fotokataliza wydaje się być bardzo obiecująca, gdyż jest to przyjazna środowisku metoda konwersji energii świetlnej w chemiczną. Trzy strategie redukcji ditlenku węgla do użytecznych związków chemicznych i paliw były badane i są przedstawione w niniejszej pracy: fotokatalityczna karboksylacja substratów organicznych na drodze redukcji CO2, fotokatalityczna konwersja CO2 do związków C1, jak również inspirowana fotosyntezą fotochemiczno-enzymatyczna redukcja ditlenku węgla do metanolu. Fotokatalityczna karboksylacja acetyloacetonu i 2,3-dihydrofuranu została przeprowadzona używając siarczku cynku jako fotokatalizatora. Powstawanie odpowiednich kwasów karboksylowych zostało udowodnione na podstawie analiz spektroskopowych i chromatograficznych (13C-NMR, GC-MS i IR). Zaobserwowano zwiększenie wydajności reakcji wskutek modyfikacji półprzewodników nanocząstkami metalicznego rutenu. Reakcja zachodzi poprzez jednoelektronową redukcję ditlenku węgla do CO2 indukowaną fotogenerowanym elektronem z pasma przewodnictwa siarczku cynku oraz utlenianie organicznych substratów fotogenerowaną dziurą do odpowiednich rodników. Sprzęganie powstałych rodników prowadzi do utworzenia wiązania C-C i tym samym molekuły kwasu karboksylowego. ZnS, CuI, NiO i CuS były badane jako fotokatalizatory wieloelektronowej redukcji CO2 do związków C1, w czasie której HCOOH i CO zostały zidentyfikowane jako główne produkty reakcji. Ilość i wzajemny stosunek produktów silnie zależały nie tylko od użytego fotokatalizatora, ale również od obecności rutenu na powierzchni materiałów, stężenia donora elektronów czy polarności rozpuszczalnika. Ostatni aspekt pracy dotyczył fotokatalitycznej regeneracji koenzymu NADH i jego wykorzystania w enzymatycznej redukcji CO2 do CH3OH katalizowanej przez kaskadę enzymatyczną: FateDH, FaldDH i ADH. Badana była seria aktywnych w świetle widzialnym fotokatalizatorów półprzewodnikowych, spośród których TiO2 fotosensybilizowany organicznymi i nieorganicznymi modyfikatorami, półprzewodniki absorbujące światło widzialne półprzewodniki (Cu2O i InVO4), czy domieszkowany jonami kobaltu i żelaza siarczek cynku wydają się być najbardziej obiecujące. Przeprowadzone badania doprowadziły do opracowania układu opartego na półprzewodniku i kompleksie rodu pośredniczącemu w przeciesieniu elektronu z fotokatalizatora do NAD+. W takim układzie zachodziła wydajna i selektywna regeneracja enzymatycznie aktywnego izomeru 1,4-NADH, który może być wykorzystany w procesie enzymatycznej redukcji CO2. Badane procesy mogą w dalszej perspektywie znaleźć zastosowanie w indukowanych światłem słonecznym zielonych szlakach syntezy paliw i związków organicznych Cn+1 z Cn wykorzystujących ditlenek węgla jako substrat. |
słowa kluczowe w j. polskim: | fotokataliza, redukcja ditlenku węgla, półprzewodniki |
słowa kluczowe w j. angielskim: | photocatalysis, reduction of carbon dioxide, semiconductors |
wydział: instytut / zakład / katedra: | Wydział Chemii |
typ: | rozprawa doktorska |