Please use this identifier to cite or link to this item:
https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/39608Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Ζωδιάτης, Κωνσταντίνος | el |
| dc.date.accessioned | 2025-11-13T10:24:00Z | - |
| dc.date.available | 2025-11-13T10:24:00Z | - |
| dc.identifier.uri | https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/39608 | - |
| dc.rights | Default License | - |
| dc.subject | SrTiO3 | en |
| dc.subject | Cu | en |
| dc.subject | Bi | en |
| dc.subject | Νανοπλειάδες | el |
| dc.subject | EPR | en |
| dc.subject | Φωτοκατάλυση | el |
| dc.subject | Υδρογόνο | el |
| dc.title | Ανάπτυξη Ημιαγωγών Νανοϋλικών Al:SrTiO3, La:SrTiO3 Επιφανειακώς Εμπλουτισμένων με Cu- και Βi- Νανοπλειάδες για παραγωγή Η2 από Φωτοκαταλυτική Διάσπαση Η2Ο | el |
| dc.type | masterThesis | en |
| heal.type | masterThesis | el |
| heal.type.en | Master thesis | en |
| heal.type.el | Μεταπτυχιακή εργασία | el |
| heal.classification | Πειραματική Φυσική | el |
| heal.dateAvailable | 2025-11-13T10:25:00Z | - |
| heal.language | el | el |
| heal.access | free | el |
| heal.recordProvider | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών | el |
| heal.publicationDate | 2025-10-29 | - |
| heal.abstract | Η πράσινη ενέργεια αποτελεί κεντρικό άξονα της μετάβασης σε βιώσιμες τεχνολογίες, με τους ημιαγωγούς να λειτουργούν ως ακρογωνιαίο λίθο σε φωτοκαταλυτικές διεργασίες. Σημαντικά εμπόδια στην ανάπτυξη των τεχνολογιών φωτοκατάλυσης σε ευρεία κλίμακα είναι οι χρονοβόροι μέθοδοι παρασκευής υλικών και το κόστος των πολύτιμων μετάλλων που χρησιμοποιούνται ως συγκαταλύτες. Η ανάπτυξη αποτελεσματικών φωτοκαταλυτών για παραγωγή πράσινου H2 από διάσπαση H2O μπορεί να συμβάλει σημαντικά στην κατεύθυνση αυτή, μέσω ελέγχου της νανοδομής και των συγκαταλυτών. Στην παρούσα Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία, με τη χρήση της τεχνολογίας Ψεκασμού Πυρόλυσης Φλόγας (Flame Spray Pyrolysis) αναπτύχθηκαν μονοσταδιακά πρωτόκολλα σύνθεσης νανοκαταλυτών με βάσει το SrTiO3 (STO, με προσμίξεις ατόμων αλουμινίου (Al3+ - Al:STO) και λανθανίου (La3+ - La:STO), στο οποίο ακολούθησε επιφανειακός εμπλουτισμός με ανάπτυξη νανοπλειάδων (Sub-Nanoclusters) χαλκού (Cu2+) και βισμουθίου (Bi3+). Με την χρήση φασματοσκοπίας Ηλεκτρονιακού Παραμαγνητικού Συντονισμού (Electron Paramagnetic Resonance – EPR), έγινε λεπτομερής μελέτη της δοκιμής διαμόρφωσης των νανοπλειάδων Cu πάνω στο υλικό La:STO καθώς και της μεταφοράς ηλεκτρονίων κατά την φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου. Αρχικά, έλεγχο των παραμέτρων της διεργασίας FSP, παρήχθησαν 3 νανοϋλικά Al:STO με μέγεθος ~23nm και περιεκτικότητα σε αλουμίνιο 0.5, 1 και 2% και ένα νανοϋλικό La:STO με μέγεθος 33.5nm και περιεκτικότητα σε λανθάνιο 1% (ανά συγκέντρωση [Sr + Ti]). Τα υλικά χαρακτηρίστηκαν με περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), φασματοσκοπία Raman, ποροσιμετρία αζώτου (BET), θερμοβαρυμετρική ανάλυση και θερμιδομετρία (TG-DTA) και φασματοσκοπία EPR. Σε μελέτη της φωτοκαταλυτικής παραγωγής υδρογόνου, το υλικό STO πέτυχε ρυθμό παραγωγής 5350 umol g⁻¹ h⁻¹. Τα νανοϋλικά Al-STO έδωσαν ρυθμό παραγωγής ~6700 umol g⁻¹ h⁻¹ ενώ το La-STO έφθασε στα 8880 umol g⁻¹ h⁻¹ με κβαντική απόδοση (Apparent Quantum Yield – AQY) 1.23%. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκε επιφανειακή εναπόθεση μονομερών και νανοπλειάδων Cu στο La:STO σε ποσοστά 0.7, 1.6 και 3.0% και Cu/Bi σε ποσοστά 1.3/1.0% και 0.3/1.1%). Η φασματοσκοπία EPR διέκρινε τα σήματα Cu2+ σε μονομερή και νανοπλειάδες. Στις νανοπλειάδες η μέση απόσταση μεταξύ ατόμων χαλκού είναι 7.26 Å . Παρατηρήθηκε πως ο σχηματισμός νανοπλειάδων αυξάνει παράλληλα με την αύξηση του φορτίου εμπλουτισμού στο εύρος 0.5-5.0% (ονομαστικού φορτίου). Το υλικό Cu(1.6%) La-STO διαγνώστηκε με τον βέλτιστο μηχανισμό και συνδυασμό μονομερών - νανοπλειάδων μέσω της φασματοσκοπίας EPR και απέδωσε τον καλύτερο ρυθμό παραγωγής υδρογόνου χωρίς συγκαταλύτη Pt, με 1725 umol g⁻¹ h⁻¹ και AQY 0.24%. Η in-situ μελέτη της φωτοεπαγώμενης μεταφοράς ηλεκτρονίων με φασματοσκοπία EPR και η θεωρητική ανάλυση που ακολούθησε, απέδειξαν πως οι νανοπλειάδες Cu2+ δρουν ως αποτελεσματικοί αποδέκτες και συσσωρευτές φωτοεπαγώμενων ηλεκτρονίων μέσω αντιστρεπτής διεργασίας 𝐶𝑢2+ + 𝑒− ↔ 𝐶𝑢+ +𝑒− ↔𝐶𝑢0 . Η χρήση του EPR για την εξακρίβωση της φωτοκαταλυτικής ταυτότητας των ατόμων χαλκού αλλά και για την μελέτη του μηχανισμού οξειδοαναγωγής τους αποτελούν σημαντική προσφορά στον τομέα της φωτοκατάλυσης και των βιώσιμων καταλυτικών υλικών. | el |
| heal.abstract | Green energy is central to the transition toward sustainable technologies, with semiconductors underpinning key photocatalytic processes. Large-scale deployment of photocatalysis remains limited by slow synthesis routes and the cost of noble-metal cocatalysts. Advancing efficient photocatalysts for green H₂ production from water splitting can mitigate these bottlenecks; however, controlling the nanostructure and the cocatalyst identity remains nontrivial. Herein, one-step Flame Spray Pyrolysis (FSP) protocols were developed to synthesize SrTiO₃-based (STO) nanocatalysts - aluminum-doped (Al³⁺, Al-STO) and lanthanum-doped (La³⁺, La-STO) - followed by surface anchoring of copper (Cu²⁺) and bismuth (Bi³⁺) monomers and nanoclusters. Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy was used to monitor the formation of Cu nanoclusters on La-STO and to probe photoinduced electron transfer during H₂ evolution. By tuning the FSP parameters, three Al-STO nanomaterials (~23 nm; Al = 0.5, 1, and 2%) and one La-STO sample (33.5 nm; La = 1%) were produced, with dopant levels referenced to the [Sr + Ti] cation concentration. The materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, N2 physisorption (BET), thermogravimetry/differential thermal analysis (TG-DTA), and EPR. In photocatalytic tests, pristine STO reached 5350 μmol g⁻¹ h⁻¹, Al- STO yielded ~6700 μmol g⁻¹ h⁻¹, and La-STO achieved 8880 μmol g⁻¹ h⁻¹ with an apparent quantum yield (AQY) of 1.23%. Cu monomers and nanoclusters were then deposited on La-STO at surface loadings of 0.7, 1.6, and 3.0%, and co-deposition of Cu/Bi was examined at 1.3/1.0% and 0.3/1.1% (nominal molar loadings). EPR resolved the Cu²⁺ signals into monomers and nanoclusters; the mean Cu–Cu separation within nanoclusters was 7.26 Å. Nanocluster formation increased monotonically with loading over the 0.5-5.0% nominal range. The Cu(1.6%) La-STO sample exhibited, by EPR, the most favorable monomer–nanocluster balance and delivered the best Pt-free H₂-evolution rate of 1725 μmol g⁻¹ h⁻¹ with AQY = 0.24%.In-situ EPR of photoinduced electron transfer, supported by theoretical analysis, shows that Cu²⁺ nanoclusters act as efficient acceptors and reservoirs of photogenerated electrons via the reversible sequence 𝐶𝑢2+ + 𝑒− ↔ 𝐶𝑢+ + 𝑒− ↔ 𝐶𝑢0 . ssing EPR both to establish the photocatalytic identity of surface copper sites and to elucidate their redox mechanism constitutes a meaningful contribution to the field of photocatalysis and sustainable catalytic materials. | en |
| heal.advisorName | Δεληγιαννάκης, Ιωάννης | el |
| heal.committeeMemberName | Δεληγιαννάκης, Ιωάννης | el |
| heal.committeeMemberName | Δούβαλης, Αλέξιος | el |
| heal.committeeMemberName | Μάρκου, Αναστάσιος | el |
| heal.academicPublisher | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής | el |
| heal.academicPublisherID | uoi | el |
| heal.numberOfPages | 137 | el |
| heal.fullTextAvailability | true | - |
| heal.fullTextAvailability | true | - |
| Appears in Collections: | Διατριβές Μεταπτυχιακής Έρευνας (Masters) - ΦΥΣ | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Ζωδιάτης_K_AM_864_ΜΔΕ_ΟΛΥΜΠΙΑΣ.pdf | 5.92 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
