Φωτοκαταλυτική διάσπαση του νερού σε καταλύτες Pt-RuO2/TiO2

Abstract

THE PHOTOCATALYTIC CLEAVAGE OF WATER OVER PT-RUO2/TIO2 CATALYSTS UNDER ILLUMINATION IN THE NEAR UV REGION IS INVESTIGATED IN A BATCH AND IN A SEMICONTINUOUS FLOW PHOTOREACTOR CELL. IT IS SHOWN THAT THE RATE OF H2 PRODUCTION DEPENDS ON RUO2 LOADING, ON THE ANATASE CONTENT OF TIO2 EXHIBITS A WEAK MAXIMUM AT A PT LOADING OF 0.5 WT% AND IS INDEPENDENT OF PT LOADING WHEN THIS EXCEEDS 1 WT%. HOWEVER, THE RATE IS INSENSITIVE TO THE DETAILS OF SURFACE STRUCTURE OF PT AND SPECIFIC SURFACE AREA OF CATALYST. THE INTRINSIC RATE OF H2 PRODUCTION IS DEFINED AS THE OBSERVED RATE PER UNIT MASS OF CATALYST PER UNIT TRANSMISSION AND IS EXPRESSED AS A LINEAR FUNCTION OF THE INTENSITY OF INCIDENT ILLUMINATION AND AN EXPONENTIAL FUNCTION OF THE TEMPERATURE AND THE PH OF THE SLURRY UNDER ILLUMINATION.DOPING OF TIO2 WITH ALTERVALENT CATIONS AFFECTS ITS PHOTOCATALYTIC ACTIVITY. INCORPORATION OF CATIONS OF VALENCE HIGHER THAN THAT OF THE PARENT CATION INTO THE CRYSTAL MATRIX OF TIO2 RESULTS IN ENHANCED RATES OF WATER CLEAVAGE, WHILE THE OPPOSITE IS OBSERVED UPON DOPING WITH CATIONS OF LOWER VALENCE. THE OBSERVED BEHAVIOR IS EXPLAINED EVOKING THE THEORY OF METAL- SEMICONDUCTOR-ELECTROLYTE CONTACTS.

Η ΦΩΤΟΔΙΑΣΠΑΣΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΕ ΑΙΩΡΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑΛΥΤΩΝ PT-RUO2/TIO2, ΜΕ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ ΕΓΓΥΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ, ΜΕΛΕΤΗΘΗΚΕ ΣΕ ΦΩΤΟΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΔΙΑΛΕΙΠΟΝΤΟΣ ΕΡΓΟΥ ΚΑΙ ΗΜΙΣΥΝΕΧΟΥΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ. ΑΠΟΔΕΙΚΝΥΕΤΑΙ ΟΤΙ Ο ΡΥΘΜΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Η2 ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗ ΦΟΡΤΙΣΗ RUO2, ΑΠΟ ΤΟ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ANATASE TOY TIO2, ΠΑΡΟΥΣΙΑΖΕΙ ΕΝΑ ΑΣΘΕΝΕΣ ΜΕΓΙΣΤΟ ΣΕ ΦΟΡΤΙΣΗ PT 0.5% K.B. ΚΑΙ ΕΙΝΑΙ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΟΣ ΣΕ ΦΟΡΤΙΣΕΙΣ ΡΤ ΠΟΥ ΥΠΕΡΒΑΙΝΟΥΝ ΤΟ 1% Κ.Β. ΩΣΤΟΣΟ, Ο ΡΥΘΜΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Η2 ΔΕΝ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ ΑΠΟ ΤΙΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ ΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΟΥ ΡΤ ΚΑΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΙΔΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΟΥ ΚΑΤΑΛΥΤΗ. Ο ΕΓΓΕΝΗΣ ΡΥΘΜΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Η2 ΚΑΘΟΡΙΖΕΤΑΙ ΣΑΝ ΤΟΝ ΠΑΡΑΤΗΡΟΥΜΕΝΟ ΡΥΘΜΟ ΑΝΑΜΟΝΑΔΑ ΜΑΖΑΣ ΚΑΤΑΛΥΤΗ ΑΝΑ ΜΟΝΑΔΑ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΑΙΩΡΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΕΚΦΡΑΖΕΤΑΙ ΣΑΝ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΤΑΣΗΣ ΤΗΣ ΠΡΟΣΠΙΠΤΟΥΣΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΚΑΙ ΕΚΘΕΤΙΚΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΡΗ ΤΟΥ ΑΙΩΡΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ. Η ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΟΥ ΤΙΟ2 ΜΕ ΕΤΕΡΟΣΘΕΝΗ ΚΑΤΙΟΝΤΑ ΕΠΗΡΕΑΖΕΙ ΤΗ ΦΩΤΟΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΤΟΥ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ. ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΟΥ ΤΙΟ2 ΜΕ ΚΑΤΙΟΝΤΑ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟΥ ΣΘΕΝΟΥΣ ΑΠΟ ΤΟ ΤΙΤΑΝΙΟ ΟΔΗΓΕΙ ΣΕ ΑΥΞΗΣΗ ΤΟΥ ΡΥΘΜΟΥ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Η2, ΕΝΩ ΤΟ ΑΝΤΙΘΕΤΟ ΠΑΡΑΤΗΡΕΙΤΑΙ ΓΙΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΜΙΚΡΟΤΕΡΟΥ ΣΘΕΝΟΥΣ. Η ΠΑΡΑΤΗΡΟΥΜΕΝΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΕΞΗΓΕΙΤΑΙ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΕΠΑΦΗΣ ΜΕΤΑΛΛΟΥ/ΗΜΙΑΓΩΓΟΥ/ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΗ.