Please use this identifier to cite or link to this item:
https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/40565Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Σπανοθύμνιου, Σοφία | el |
| dc.contributor.author | Spanothimniou, Sofia | en |
| dc.date.accessioned | 2026-11-12T08:42:57Z | - |
| dc.date.available | 2026-11-12T08:42:57Z | - |
| dc.identifier.uri | https://olympias.lib.uoi.gr/jspui/handle/123456789/40565 | - |
| dc.rights | CC0 1.0 Universal | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ | * |
| dc.subject | Φωτοκατάλυση (Photocatalysis) | el |
| dc.subject | Φωτοκαταλυτική Παραγωγή Υδρογόνου (Photocatalytic Hydrogen Evolution) | el |
| dc.subject | Φωτοκαταλυτική Αναγωγή Διοξειδίου του Άνθρακα (CO2 Reduction) | el |
| dc.subject | Μυρμηκικό οξύ (HCOOH) | el |
| dc.subject | Νανοσωματίδια (Nanomaterials) | el |
| dc.subject | Τεχνολογία Ψεκασμού Πυρόλυσης Φλόγας (Flame Spray Pyrolysis) | el |
| dc.subject | Περοβσκίτες (Perovskites) | el |
| dc.subject | Ταναταλικό Νάτριο (NaTaO3) | el |
| dc.subject | Πρόσμιξη λανθανίου (La:NaTaO3) | el |
| dc.subject | Επιφανειακοί Συγκαταλύτες (Surface Co-catalysts) | el |
| dc.subject | Χαλκός (Cu) | el |
| dc.subject | Βισμούθιο (Bi) | el |
| dc.subject | Κασσίτερος (Sn) | el |
| dc.title | Ανάπτυξη Φωτοκαταλυτών Νάνο La:NaTaO3 με Επιφανειακούς Ημιάμορφους Συγκαταλύτες με Τεχνολογία Ψεκασμού Πυρόλυσης Φλόγας | el |
| dc.title | Development of La:NaTaO3 Photocatalytic Nanomaterials with Surface Semi-Amorphous Cocatalysts via Flame Spray Pyrolysis Technology | en |
| dc.type | masterThesis | en |
| heal.type | masterThesis | el |
| heal.type.en | Master thesis | en |
| heal.type.el | Μεταπτυχιακή εργασία | el |
| heal.classification | Σύνθεση και Χαρακτηρισμός Yλικών | el |
| heal.classification | Νανοτεχνολογία | el |
| heal.classification | Φωτοκατάλυση | el |
| heal.dateAvailable | 2026-11-12T08:43:58Z | - |
| heal.language | el | el |
| heal.access | free | el |
| heal.recordProvider | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών | el |
| heal.recordProvider | University of Ioannina. School of Science | en |
| heal.publicationDate | 2026-09 | - |
| heal.abstract | Η φωτοκαταλυτική διάσπαση του νερού για την παραγωγή υδρογόνου (H2) και η αναγωγή του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) αποτελούν στρατηγικές ζωτικής σημασίας για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας και τον μετριασμό των αερίων του θερμοκηπίου. Προηγούμενες μελέτες έχουν αποδείξει ότι ο NaTaO3 με πρόσμιξη λανθανίου επιδεικνύει σημαντικά ενισχυμένη φωτοκαταλυτική ενεργότητα, η οποία αποδίδεται στην υψηλή κρυσταλλικότητα και στον σχηματισμό διατεταγμένων βαθμίδων επιφανειακής νανοδομής. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσουμε ένα φωτοκαταλυτικό σύστημα βασισμένο σε νανοδομημένο NaTaO3 το οποίο τροποποιείται δομικά μέσω της ενσωμάτωσης λανθανίου εντός του κρυσταλλικού πλέγματος για την ενίσχυση των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων του ημιαγωγού. Τα νανοσωματίδια La:NaTaO3 (8-9 nm) συντέθηκαν μέσω της τεχνολογίας πυρόλυσης φλόγας (Flame Spray Pyrolysis-FSP), μιας βιομηχανικά κλιμακούμενης τεχνολογίας που επιτρέπει την ακριβή μηχανική σύνθετη λειτουργικών νανοδομών. Για τη βελτιστοποίηση της καταλυτικής απόδοσης, οι επιφάνειες των νανοσωματιδίων διακοσμήθηκαν συστηματικά με ποικίλες, ελεγχόμενες φορτίσεις Cu, Bi και Sn. Διερευνούμε τον ρόλο των υπονανοσυμπλεγμάτων (subnanoclusters) ως ανώτερων συγκαταλυτών σε σύγκριση με τους καταλύτες μεμονωμένων ατόμων (SACs). Η δομική και ηλεκτρονική ακεραιότητα αυτών των υλικών χαρακτηρίστηκε αυστηρά μέσω Περίθλασης Ακτίνων Χ (XRD), ανάλυσης Brunauer- Emmett-Teller (BET) και Φασματοσκοπίας Διάχυτης Ανακλαστικότητας Υπεριώδους-Ορατού (DRS). Η in situ Φασματοσκοπία Ηλεκτρονικού Παραμαγνητικού Συντονισμού (EPR) επέτρεψε την κατανόηση της δομής των επιφανειακών κέντρων Cu2+ δείχνοντας ότι σχηματίζουν υπονανοσυμπλέγματα παρά ως απομονωμένα άτομα ή μονομερή, λειτουργώντας ως κρίσιμος παράγοντας για τον αποτελεσματικό διαχωρισμό των φωτοεπαγόμενων ηλεκτρονίων-οπών. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα προτείνουμε έναν ενιαίο μηχανισμό με βάση την συνέργεια {ημιαγωγού-συγκαταλύτη} για την παραγωγή υδρογόνου (HER) όσο και στη φωτοαναγωγή 𝐶𝑂2 (CO2RR). Και στις δύο διεργασίες, τα υπονανοσυμπλέγματα Cu λειτουργούν ως βασική δεξαμενή ηλεκτρονίων, διευκολύνοντας την αποτελεσματική μεταφορά των φωτοεπαγόμενων ηλεκτρονίων από τη ζώνη αγωγιμότητας του La:NaTaO3 προς την επιφάνεια του καταλύτη. Η καταλυτική επιλεκτικότητα ρυθμίζεται στη συνέχεια από τα κέντρα Bi και Sn: κατά την HER, τα κέντρα αυτά προάγουν την αναγωγή πρωτονίων και την επακόλουθη παραγωγή 𝐻2, ενώ κατά την CO2RR, δρουν ως εξειδικευμένα κέντρα που σταθεροποιούν το ενδιάμεσο μυρμηκικού (𝑂𝐶𝐻𝑂∗), οδηγώντας επιλεκτικά την αντίδραση προς την παραγωγή μυρμηγκικού οξέος (HCOOH). Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική οδηγεί σε εξαιρετικά υψηλή φωτοκαταλυτική απόδοση, επιτυγχάνοντας ρυθμούς παραγωγής H2 της τάξης 22.000 μmol g⁻¹ h⁻¹ με την συνδυαστική εναπόθεση Cu-Bi καθώς και ρυθμούς παραγωγής HCOOH στα 357 μmol g⁻¹ h⁻¹ με την παρουσία του τριαδικού συστήματος Cu-Bi-Sn. Τα τροποποιημένα συστήματα υπεραποδίδουν σημαντικά έναντι νανοσωματιδίων χωρίς πρόσμιξη ή επιφανειακή τροποποίηση. Συνολικά, η παρούσα εργασία δείχνει ένα φωτοκαταλυτικό σύστημα απαλλαγμένο από ευγενή μέταλλα, με βάση την φυσική των νανο-διεπιφανειών ως στρατηγική για την μεγιστοποίηση της απόδοσης σε πολύπλοκες φωτοκαταλυτικές διεργασίες. | el |
| heal.abstract | he photocatalytic splitting of water to produce hydrogen (H2) and the photoreduction of carbon dioxide (CO2) are vital strategies for converting solar energy and mitigating greenhouse gases. Previous studies have demonstrated that lanthanum-doped NaTaO3 exhibits significantly enhanced photocatalytic activity, which is attributed to its high crystallinity and the formation of ordered surface nanostructure steps. In this work, we develop a photocatalytic system based on nanostructured NaTaO₃, which is structurally modified through the incorporation of lanthanum into the crystal lattice to enhance the semiconductor’s electronic properties. The La:NaTaO₃ nanoparticles (8–9 nm) were synthesized using flame spray pyrolysis (FSP), an industrially scalable technology that enables the precise mechanical synthesis of functional nanostructures. To optimize catalytic performance, the surfaces of the nanoparticles were systematically decorated with various, controlled loads of Cu, Bi, and Sn. We are investigating the role of subnanoclusters as superior co-catalysts compared to single-atom catalysts (SACs). The structural and electronic integrity of these materials was rigorously characterized using X-ray diffraction (XRD), Brunauer-Emmett-Teller (BET) analysis, and Ultraviolet-Visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS). In situ Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy has provided insight into the structure of surface Cu²⁺ centers, showing that they form subnanoclusters rather than isolated atoms or monomers, acting as a critical factor for the efficient separation of photo-induced electron-hole pairs. Based on the experimental results, we propose a unified mechanism based on {semiconductor-catalyst} synergy for both hydrogen evolution (HER) and CO₂ photoreduction (CO₂RR). In both processes, the Cu subnanoclusters act as a primary electron reservoir, facilitating the efficient transfer of photo- induced electrons from the conduction band of La:NaTaO₃ to the catalyst surface. Catalytic selectivity then, is then regulated by the Bi and Sn centers: during HER, these centers promote proton reduction and the subsequent production of H₂, while during CO₂RR, they act as specialized centers that stabilize the formic acid intermediate (OCHO*), selectively driving the reaction toward the production of formic acid (HCOOH). The proposed architecture leads to exceptionally high photocatalytic efficiency, achieving H2 production rates of 22,000 μmol g⁻¹ h⁻¹ through the co-deposition of Cu -Bi, as well as HCOOH production rates of 357 μmol g⁻¹ h⁻¹ in the presence of the ternary Cu-Bi-Sn system. The modified systems significantly outperform nanoparticles without doping or surface modification. Overall, this study presents a noble-metal-free photocatalytic system based on the physics of nanointerfaces as a strategy for maximizing efficiency in complex photocatalytic processes. | en |
| heal.advisorName | Δεληγιαννάκης, Ιωάννης | el |
| heal.committeeMemberName | Μάρκου, Αναστάσιος | el |
| heal.committeeMemberName | Μπουρλίνος, Αθανάσιος | el |
| heal.committeeMemberName | Δεληγιαννάκης, Ιωάννης | el |
| heal.academicPublisher | Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής | el |
| heal.academicPublisher | University of Ioannina. School of Science. Physics Department | en |
| heal.academicPublisherID | uoi | el |
| heal.numberOfPages | 229 | el |
| heal.fullTextAvailability | true | - |
| Appears in Collections: | Διατριβές Μεταπτυχιακής Έρευνας (Masters) - ΦΥΣ | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Sofia Spanothimniou Master Thesis (2026).pdf | 11.9 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License
