Please use this identifier to cite or link to this item:https://hdl.handle.net/20.500.12259/124735
Type of publication: master thesis
Field of Science: Fizika / Physics (N002)
Author(s): Gimžauskaitė, Dovilė
Title: Fazinių-struktūrinių virsmų ir elementinės sudėties koreliacijos TiOx dangose, gautose vandens garų plazmos aplinkoje, tyrimas
Other Title: Correlation Analysis of Phase-structural Transformations and Elemental Composition in the TiOx Films, which Was Obtained by Water Vapour
Extent: 63 p.
Date: 15-Jan-2015
Keywords: Vandens garai;plonos dangos;oksidacija;vandenilis;TiO2;Water vapour;thin films;oxidation;hydrogen;TiO2
Abstract: Energetikos sektorius tapo labai svarbus žmonių gyvenime. Šiandien didžioji sunaudojamos energijos dalis gaunama iš iškastinio kuro – dabar jau ribotų Žemės išteklių, kurių naudojimas skatina klimato kaitą. Suprantant, kad energijos vartojimas ne tik nemažės, bet ir galbūt didės bei siekiant bent iš dalies išspręsti aplinkos apsaugos problemas, ieškoma alternatyvių, draugiškų aplinkai, energijos šaltinių. Vienas iš perspektyviausių šių problemų sprendimo būdų – Saulės energijos vertimas į cheminę energiją, vadinamąjį „saulės kurą“ – vandenilį (H2). Vandeninis – plačiai Žemėje paplitęs, didelę energetinę išeigą turįs elementas, kurį deginant neišsiskiria šiltnamio reiškinį sukeliančios CO2 dujos. Ekologiškas būdas išgauti vandenilį – vandens skaldymas naudojant puslaidininkius, kaip fotokatalizatorius. Šiuo metu, dėl gero fotoaktyvumo, netoksiškumo, pigumo, vienu geriausiu fotokatalizatoriumi laikomas titano dioksidas (TiO2). Vis dėl to praktinis šio puslaidininkio pritaikymas dar gana ribotas, daugiausiai dėl plačios draustinės juostos reaguojančios tik UV šviesoje. Tačiau ieškoma būdų, kaip pagerinti TiO2 fotokatalitines savybes, kad jį būtų galima aktyvuoti ir dienos šviesoje. Šis darbas yra vienas tų, kuriais siekiama tai padaryti. Šio darbo metu, taikant magnetroninį garinimą, suformuotos Ti dangos, kurias oksiduojant vandens garų plazmos aplinkoje siekta suformuoti fotokatalizatorius. Dėl reakcijų metu vykusio fotoelektrocheminio vandens skaldymo, dangose prognozuoti faziniai struktūriniai virsmai bei elementinės sudėties pokyčiai. Siekiant išanalizuoti vykusius procesus, suformuotos dangos tirtos taikant šiuolaikinius, didelio našumo fizikinius tyrimo metodus: skenuojančią elektronų mikroskopiją (SEM), energijos dispersinę spektroskopiją (EDS), rentgeno spindulių difraktometriją (XRD), rentgeno spindulių fotoelektronų spektroskopiją (XPS), optinę mikroskopiją taip pat atlikti matavimai profilometru. Išvardintų metodų analizės rezultatais patvirtinta, kad Ti dangas pavyko oksiduoti iki TiO2 bei jose sukaupti vandenilį. Taip pat, nustatyta, kad vykdomoms reakcijoms įtakos turi tiek naudojamas priešįtampis, ar galia, tiek pačių dangų storis. Fotokatalizatorių formavimas taikant šią technologiją dar yra vystymosi stadijoje, tačiau intensyviai vykdomi moksliniai tyrimai ateityje turėtų sudaryti sąlygas suformuoti tokį TiO2, kurio savybės atitiktų visus keliamus reikalavimus šiuolaikiniam fotokatalizatoriui. Tokiu būdu taip pat pavyktų prisidėti tiek prie energijos šaltinių diversifikavimo, tiek prie aplinkosaugos problemų sprendimo.
The energy sector has become very important in people's lives. Nowadays most of the energy that we use comes from fossil fuels – limited Earth resources the use of which causes climate change. Realizing that the rate of energy consumption possibly will increase in the near future and seeking to at least partially solve the environmental problems, we are looking for alternative, environmentally friendly energy sources. One of the most promising solution to these problems - conversion of solar energy into chemical energy in the form of so-called “solar fuel”, such as hydrogen (H2). Hydrogen is the most abundant element on the Earth that has a high energy yield and is environmentally friendly because no greenhouse gases (CO2) are produced during the combustion process of H2. Hydrogen production from water by using semiconductors as photocatalysts provides a potential efficient way to obtain hydrogen, due to its ecological production process by utilizing solar energy. On the one hand, currently TiO2 has been considered as one of the best photocatalysts due to its good photoactivity, nontoxicity and low cost. But on the other hand, practical applications of the TiO2 are still quite limited, mainly because of broad bandgap responding only to UV light. However, we are still looking for the ways to improve photocatalytic TiO2 properties in order to activate it by daylight. This work is one of those which aims to achieve that. First of all, in this work, the titanium (Ti) films were deposited on crystalline silicon substrates using non-balanced magnetron sputtering and then in order to form photocatalysts it was oxidized in water vapour plasma. Because of photoelectrochemical water splitting, that occured during reactions, phase-structural transformations and elemental composition changes in the films were expected. In order to analyze those processes, deposited films were investigated using modern, high-performance physical research methods: scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction analysis (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), optical microscopy, as well as the measurements performed using profilometer. Obtained results confirmed that titanium films were oxidized up to TiO2 and it was found that films were able to accumulate hydrogen. Also it was found that the reactions were influenced by used bias, power and also depends on the thickness of films. The formation of photocatalysts using this technology is still in developing stage, but it is expected that extensive ongoing research should enable to form such TiO2, whose features will meet all the requirements of a state of the art photocatalyst in the near future. Thus, it could also contribute to the diversification of energy resources and offer a promising way for reduction of environmental problems.
Internet: https://hdl.handle.net/20.500.12259/124735
Affiliation(s): Gamtos mokslų fakultetas
Vytauto Didžiojo universitetas
Appears in Collections:VDU, ASU ir LEU iki / until 2018

Files in This Item:
Show full item record
Export via OAI-PMH Interface in XML Formats
Export to Other Non-XML Formats


CORE Recommender

Page view(s)

7
checked on May 1, 2021

Download(s)

5
checked on May 1, 2021

Google ScholarTM

Check


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.