Fotoaktív szol-gél bevonatok előállítása és jellemzése
A TiO2 és ZnO fémoxidok felhasználása igen sokrétű. A TiO2-ot leggyakrabban fehér pigmentként használják magas törésmutatója miatt. Elsősorban az élelmiszeriparban, gyógyszeriparban, kozmetikai iparban használják. A TiO2 félvezető tulajdonsága miatt alkalmas napelem cellák alapanyagának is. Széles tiltott sáv-energiája miatt fotokatalizátorként is használható.
A ZnO felhasználása hasonlóan sokrétű. Ipari katalizátor, pigment és töltőanyag, de hatóanyagként is használják. Élelmiszerekhez is adják, cinktartalom növelésére. A TiO2-hoz hasonlóan félvezető, és hasonló tiltott sáv energiája miatt elvi fotoaktivitása megközelíti a TiO2-ét, de gyakorlati alkalmazása kevésbé elterjedt.
A fotokatalízis legígéretesebb felhasználási módja a heterogén katalízis. TiO2 és ZnO rétegek könnyen létrehozhatóak, változatos felületeken, változatos tulajdonságokkal. Az ilyen heterogén katalizátorokat könnyű kezelni és a megfelelő feladatra optimalizálni.
Munkám célja az volt, hogy TiO2, ZnO, kevert TiO2-ZnO, és ezüsttel módosított rétegeket hozzak létre, és ezek fotoaktivitását, optikai jellemzőit, rétegvastagságát és porozitását vizsgáljam. Vizsgáltam a pórusos rétegek színezék adszorpciós képességét illetve ennek pH függését is.
Mivel ismert, hogy az üvegből a rétegekbe diffundáló Na+ ionok csökkentik a fotoaktivitást, védőrétegnek kompakt SiO2 réteget alkalmaztam. Vizsgáltam a védőréteg hatását a fotoaktivitásra, rétegvastagságra és színezék adszorpciós képességre is.
A rétegeket szol-gél dip-coating technikával készítettem. A szol-gél technika egy könnyen használható nedves kolloidkémiai módszer. Szolokat készítettem, amiket egyszerű mártásos technikával vittem fel a hordozókra. Ott a száradás során megindul a gélesedési folyamat. A rétegek a hőkezelés során nyerik el végső szerkezetüket (pórusrendszer, kristályosság).
A mártásos vagy dip-coating technika lényege az, hogy egyenletes sebességgel a szolba merítjük a hordozót, majd egyenletes sebességgel kihúzzuk. A kihúzás sebességével könnyen kontrollálható a rétegvastagság, és az eljárás az egyszerűsége miatt könnyen alkalmazható változatos alakú tárgyakra.
A fotoaktivitást UV és látható fényben is vizsgáltam. Kétféle vizsgálati módszert alkalmaztam. A száraz módszer esetén a réteg pórusrendszerébe felszívott színezék bomlását követtem nyomon. A nedves módszerben a réteget színezék oldatba helyeztem, és így világítottam meg. Száraz esetben a réteg, nedves esetben az oldat abszorbancia csökkenésével jellemeztem a réteget. A jellemzést mindkét esetben UV-Vis abszorpciós spektroszkópiával végeztem. A száraz módszer előnye az egyszerűség és gyorsaság, valamint hogy jól modellez más felhasználási módokat, ahol a színezéket félvezetőn adszorbeálják, pl a színezék-érzékenyített napelemeket (DSSC). A nedves módszeré az, hogy az eredményben nem szerepel a réteg spektruma, így akkor is használható, ha fény hatására változások mennek végbe a rétegben. Ez a módszer jól modellez oldatban történő felhasználási módokat, mint a szennyvíztisztítás.
Munkám során kimutattam a védőréteg kedvező hatását a fotoaktivitásra, az ezüstözött rétegek előnyös fotoaktív tulajdonságait, a pH hatását a színezékek felszívódására és a rodamin 6G színezék érzékenyítő hatását TiO2 rétegekben.
szerző
-
Fónagy Péter
Vegyészmérnöki alapképzési szak, levelező BSc
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Hórvölgyi Zoltán
egyetemi tanár, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék
