Cu-tartalmú TiO2-bevonatok fejlesztése és fotokatalitikus hatásuk intenzifikálása

Development of TiO2 coatings modified by Cu particles and intensification of their photocatalytic effect

Abstract

TiO₂ is a semiconductor metal oxide, which shows photocatalytic activity under UV-light. In order to activate TiO₂ over the widest possible range of the electromagnetic radiation, one possibility is to modify the TiO₂ surface with Cu and/or Cu₂O nanoparticles. During our research work, mesoporous TiO₂ coatings with anatase crystal phase were prepared by sol-gel technique. Coatings containing only Cu and only Cu₂O particles, as well as coatings containing both Cu and Cu₂O particles were prepared by depositing the nanoparticles onto the TiO₂ surface by spin-coating. The samples were characterized by UV-visible spectroscopy, electron microscopy (HRTEM, FE-SEM) and powder X-ray diffraction (XRD). The photoactivity of the samples was studied by dye degradation tests under UV and visible light, and it was investigated how the presence of both Cu and Cu₂O particles and how the quantity of the particles affects the photoactivity. The TiO₂ coatings modified by Cu and/or Cu₂O nanoparticles showed significant photoactivity under visible light in the presence of H₂O₂ co-catalyst.

Keywords: TiO₂, Cu-particles, Cu₂O-particles, photoactivity, sol-gel coating

ÖSSZEFOGLALÓ

A TiO₂ félvezető fém-oxid, mely fotokatalitikus aktivitást mutat UV-fényben. Annak érdekében, hogy az elektromágneses sugárzás minél nagyobb tartományán aktívvá váljon a TiO₂, alkalmas módszer például a Cu- és Cu₂O-részecskékkel történő adalékolás. A kutatómunka során anatáz kristályfázisú, mezopórusos TiO₂-bevonatokat állítottunk elő szol-gél eljárással. A Cu- és Cu₂O-részecskéket forgótárcsás módszerrel juttattuk a TiO₂-bevonat felületére. Előállítottunk csak Cu- és csak Cu₂O-részecskéket tartalmazó, valamint Cu- és Cu₂O-részecskéket is tartalmazó bevonatokat. A mintákat UV-látható spektroszkópiai, elektronmikroszkópiai (HRTEM, FE-SEM) és por röntgendiffrakciós (XRD) módszerekkel jellemeztük. Színezék degradációs tesztekben tanulmányoztuk a minták fotoaktivitását és vizsgáltuk, hogy milyen hatással van a fotoaktivitásra a Cu- és Cu₂O-részecskék együttes jelenléte, illetve a felületre felvitt részecskék mennyisége. A fotoaktivitás tesztek igazolták, hogy a Cu- és/vagy Cu₂O-részecskék jelenléte aktívvá teszi a TiO₂-ot látható fényben H₂O₂ segédanyag jelenlétében.

Kulcsszavak: TiO₂, Cu-részecskék, Cu₂O-részecskék, fotoaktivitás, szol-gél bevonat