Kryształy fotoniczne TiO2 modyfikowane nanostrukturami mono- oraz bimetalicznymi jako nowoczesne materiały funkcjonalne o wysokiej aktywności fotokatalitycznej.

Abstract

W niniejszej pracy przedstawiono hipotezę, iż występowanie efektu slow photon (SPE) w kryształach fotonicznych (PCs) ditlenku tytanu (TiO2) modyfikowanych bimetalicznym układem nanostruktur srebra oraz platyny (AgPtNSs) spowoduje znaczny wzrost właściwości fotokatalitycznych zarówno w świetle UV, jak i widzialnym. Dodatkowo, modyfikacja PCs bimetalicznymi Ag/PtNSs może mieć wpływ na przesunięcie półprzewodnikowej (BG) oraz fotonicznej przerwy wzbronionej (PBG), i co za tym idzie, na pozycję SPE. Głównym celem pracy było określenie wpływu struktury oraz składu chemicznego PC na nakładanie się półprzewodnikowej oraz fotonicznej przerwy wzbronionej, na krawędziach której występuje SPE, i w konsekwencji, na aktywność fotokatalityczną. • Cel pracy – wytworzenie materiału funkcjonalnego, w którym nastąpi nałożenie efektu slow photon występującego na krawędziach fotonicznej przerwy wzbronionej z półprzewodnikową przerwą wzbronioną. Efekt może zostać uzyskanystruktur srebra oraz platyny. • Hipoteza badawcza - modyfikacja struktur PCs o różnej wielkości porów bimetalicznymi układami Ag/PtNPs zwiększy ich aktywność fotokatalityczną oraz zakres zastosowań z uwagi na: - wydłużenie czasu życia par elektron-dziura generowanych w strukturach TiO2, spowodowane pułapkowaniem elektronów w nanostrukturach metali - wykorzystanie oraz wzmocnienie SPE, - przesunięcie pozycji BG oraz PGB, - rozszerzenie aktywności fotokatalitycznej do zakresu światła widzialnego. Celem potwierdzenia założonej tezy zaprojektowano oraz otrzymano kryształy fotoniczne AgPtNSs/PCs, które charakteryzowały się znacznie większą aktywnością fotokatalityczną w porównaniu do nieporowatych, litych powłok TiO2 oraz AgPtNSs/TiO2. Poprawę tę uzyskano dzięki otrzymaniu SPE, charakterystycznego tylko dla struktur kryształów fotonicznych. Nowością w tej pracy było wprowadzenie systemu bimetalicznego AgPtNS do struktury kryształów fotonicznych oraz wyjaśnienie znaczenia wpływu SPE w fotokatalizie, który nadal nie został wyjaśniony szczegółowo. Korelacja efektu slow photon z bimetalicznymi nanostrukturami dała 5-krotną poprawę właściwości fotokatalitycznych w zakresie światła UV i 8-krotną poprawę w świetle widzialnym w porównaniu do nieporowatego, niemodyfikowanego TiO2.