Módosított titanát nanocsövek szerkezete és stabilitása: ioncsere, adalékolás és heterostruktúrák

Buchholcz Balázs
Módosított titanát nanocsövek szerkezete és stabilitása: ioncsere, adalékolás és heterostruktúrák.
PhD, University of Szeged.
(2019)

[img]
Preview
PDF (disszertáció)
Download (8MB) | Preview
[img]
Preview
PDF (tézis)
Download (291kB) | Preview
[img]
Preview
PDF (tézis)
Download (381kB) | Preview

Abstract in Hungarian

Napjaink környezeti kihívásaira, mint a növekvő légköri CO2 koncentráció, vagy a fosszilis energiahordozóink kimerülése, az anyagtudomány is keresi a megoldást. A nanotechnológia egy viszonylag új szemlélet, ami a tér valamelyik irányában 100 nm-nél kisebb kiterjedésű, illetve méretcsökkentés hatására a tömbi fázistól eltérő fizikai, kémiai tulajdonságokat mutató anyagokkal foglalkozik. Ilyenek lehetnek a kvantum pöttyök, nanoszálak és -csövek, az egy-, vagy néhány atomi réteg vastagságú síkok, valamint a hierarchikus nanoszerkezetek. Az ilyen struktúrák számos kedvező tulajdonságuk miatt felhasználhatók a szenzorika, energiatárolás, orvosi biotechnológia, vagy a heterogén katalízis területén. Az alkáli hidrotermális titanát nanocsövek előállításáról szóló publikációt Kasuga közölte 1998-ban, ami a szén nanocsöveknek köszönhetően a tubuláris nanostruktúrák évtizedének tekinthető. Ezek a feltekeredett, réteges szerkezetű anyagok 100-200 nm-es hosszúsággal, 10-12 nm-es átmérővel, valamint 200-300 m2/g-os fajlagos felülettel rendelkeznek. Tekintettel arra, hogy a protonált titanát nanocsövek (TiONT) hőkezelés határa a különböző szerkezetű titán-dioxiddá alakíthatók át, célszerű felhasználása szempontjából a TiO2-dal analóg módon tanulmányozni. A TiO2 Fujishima és Honda 1972-ben bemutatott fotoelektrokémiai tanulmánya óta az egyik legtöbbet vizsgált félvezető, különös tekintettel a heterogén fotokatalízis területén. A TiO2 csak UV-fény besugárzásának hatására aktív, de különböző módosításokkal – mint pl. az adalékolás vagy a heterostruktúrák kialakítása – működése a látható fény tartományába tolható. Az Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszéken már másfél évtizede folynak titanát nanocsövekkel kapcsolatos kutatások. Ebbe bekapcsolódva kezdtem el ioncserélt, adalékolt, valamint heterostruktúrákat alkotó protonált titanát nanocsövek előállításával, stabilitásvizsgálatával, valamint fotokatalitikus hasznosítási lehetőségeivel foglalkozni. Doktori munkám során az alábbi témakörök ismeretanyagának bővítésével foglalkoztam:  Bizmuttal és/vagy antimonnal ioncserélt TiONT előállítása, valamint hőstabilitásának vizsgálata a szerkezet és morfológia szempontjából.  TiONT termikus és ionimplantációs nitrogénadalékolás lehetőségeinek vizsgálata, a szerkezetbe épített nitrogén kémiai környezetének tanulmányozása, az adalékolás és az azt követő hőkezelések szerkezetre és morfológiára gyakorolt hatásának felderítése.  Bizmut- és antimon-oxiklorid/TiONT heterostruktúrák előállítása az oxiklorid immobilizálásával a nanocsövek felületén. Az kompozitok hőstabilitásának vizsgálata, valamint tesztelésük fotokatalitikus metilnarancs elszíntelenítéséi reakciókban

Abstract in foreign language

Increasing atmospheric concentration of CO2 and depletion of fossil energy sources are just a few examples for today’s major environmental challenges that materials science needs to be working on. Nanotechnology offers a new point of view because it deals with matter with at least one dimension in the 1 to 100 nm range and the size control brings about different physical and chemical properties compared to the bulk phase. There are many kinds of nanomaterials such as quantum dots, nanotubes and nanowires, nanosheets with thickness of a few atomic layers, or hierarchical structures. These materials can be applied as sensors, in energy storage, biomedicine or as catalyst supports because of their favorable properties. Discovery of carbon nanotubes made the ‘90s the decade of tubular nanostructures. In 1998, Kasuga firstly reported about trititanate nanotubes synthesized by an alkaline hydrothermal route. These rolled-up nanotubes have layered structure with a length of 100-200 nm, diameter of 10-12 nm and specific surface area of 200-300 m2/g. Protonated trititanate nanotubes (TiONT) transform into different types of titanium-dioxides upon heat treatment. Thus, from the application point of view, the investigation of TiONTs is as appropriate as that of TiO2. Since 1972, TiO2 has become one of the most investigated semiconductors especially in the field of heterogeneous photocatalysis, owing largely to Fujishima’s and Honda’s groundbreaking photoelectrochemical study. Titanium-dioxide exhibits photocatalytic activity only under UV irradiation. However, modifications such as doping or the formation of heterostructures can push its activity into the visible light region. The Department of Applied and Environmental Chemistry has been active in 1D titananate nanostructure research for nearly 15 years now. This was the research direction that I joined when I started my work at the Department. The goals of my doctoral studies were to prepare modified (ion-exchanged, doped, heterostructure based) titanate nanotubes and to investigate their heat stability and photocatalytic properties. In order to deepen our understanding of these nanostructures the following particular topics were investigated:  Synthesis and heat stability of bismuth and/or antimony ion-exchanged titanate nanotubes: structural and morphological investigation.  Investigation of nitrogen doping by thermal and ion-implantation methods. Study of the chemical environment of the incorporated nitrogen. Revealing the effect of dopants and post heat treatments on the structure and morphology of TiONT.  Preparation of bismuth- and antimony-oxychloride based TiONT heterostructures by immobilization of oxychloride nanoparticles on the surface of nanotubes. Investigation the heat stability of composites and studying their photo-activated methyl orange dye decolorization properties. 2

Item Type: Thesis (PhD)
Creators: Buchholcz Balázs
Hungarian title label: Módosított titanát nanocsövek szerkezete és stabilitása: ioncsere, adalékolás és heterostruktúrák
Title of the thesis in foreign language: Structure and stability of modified titanate nanotubes: ion-exchange, doping and heterostructures
Divisions: Doctoral School of Chemistry
Discipline label: természettudományok > kémiai tudományok
Defence date label: 2019. May 17.
Uncontrolled Keywords: titanát, nanocső, adalékolás, heterostruktúra, fotokatalízis, ioncsere
Item ID: 10094
doi: https://doi.org/10.14232/phd.10094
Date Deposited: 2019. Mar. 05. 08:16
Last Modified: 2019. Jul. 25. 14:20
Depository no.: B 6518
Supervisor label:
Supervisor Supervisor scientific name label
Prof. Kónya Zoltán
tanszékvezető egyetemi tanár
Reviewer label:
Reviewer name label Reviewer scientific name label
Dr. Szilágyi Imre Miklós
Dr. Szilágyi István
PhD, tudományos munkatárs, BMGE Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék
PhD, egyetemi adjunktus, SZTE TTIK Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék
President label:
President name label President scientific name label
Dr. Sipos Pál
DSc, egyetemi tanár, SZTE TTIK Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék
Member label:
Member name label Member scientific name label
Dr. Farkas Arnold Péter
Dr. Schuszter Gábor
PhD, tudományos munkatárs, ELI-HU Non-profit Kft.
PhD, egyetemi tanársegéd, SZTE TTIK Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék
URI: http://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/10094
Defence/Citable status: Defended.

Actions (login required)

View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year