Promocijas darbu aizstāvēs Ainārs Knoks

Temats: "Nanostrukturēta TiO2 pārklājuma fotokatalītisko īpašību uzlabošana piesārņotājvielu sadalīšanai".
Darba zinātniskais vadītājs: Dr. phys. Jānis Klepers.

Anotācija:
Lai izpildītu vērienīgos Pasaules un Eiropas tīras vides, viedas enerģētikas un ilgtspējīgas vides resursu izmantošanas plānus, izšķiroša nozīme ir augstākas efektivitātes materiālu un tehnoloģiju izstrādei, īpaši uzsverot pasīvas, bez ārējas energoapgādes, tehnoloģijas un materiālus. Arvien aktuālāka kļūst kritisko izejvielu pieejamība un drošība, tiek meklēti pielietojumi un iespējas tos aizvietot ar plašāk pieejamiem materiāliem. Šobrīd ievērojama daļa, uz katalīzes bāzes balstītām vides attīrīšanas tehnoloģijām, ir atkarīga no dārgmetālu katalizatoriem. Izmaksu samazināšanai un pieejamības palielināšanai, īpaši fotokatalītiskiem pielietojumiem, ir nepieciešamas dārgmetālu katalizatoru, kā arī videi kaitīgu fotokatalizatoru, alternatīvas. Šis darbs fokusējas uz fotokatalītiska materiāla iegūšanu, izpēti, raksturošanu un pielāgošanu ar mērķi palielināt tā fotokatalītiskās īpašības. Titāna dioksīds (TiO2) dažādās industrijās ir zināms, piemēram, kā pārtikas piedeva (E171), vai kā baltais pigments krāsām un kosmētikai. Tas ir tāpēc, ka TiO2 ir stabils, nekaitīgs videi un cilvēku veselībai, plaši pielietojamos daļiņu izmēros. Bet tas arī ir fotokatalizators, kas spēj sadalīt ūdeni, noārdīt neorganiskas un organiskas piesārņotājvielas dažādās vidēs: notekūdeņos, gaisā, augsnē. 

Šis materiāls varētu sekmēt vides, ūdens un gaisa, piesārņojuma problēmu risinājumus, tādējādi veicinātu ilgtspējību, uzlabotu sabiedrības veselību, veicinot tīrāku un ilgtspējīgāku nākotni. Tomēr gan TiO2, gan tā iegūšanas metodes ir jāuzlabo šo mērķu sasniegšanai. TiO2 fotokatalītiskā aktivitāte norisinās primāri ultravioletās gaismas diapazonā, dēļ platas aizliegtās zonas. Papildus, tam ir liels ģenerēto lādiņnesēju rekombinācijas ātrums. Vēl jo vairāk, sintēzes metodei jānodrošina vienkārša un mērogojama materiāla iegūšana saglabājot izvēlēto īpašību kopu. Šajā disertācijā tika veikta nanostrukturēta TiO2 pārklājuma fotokatalītisko īpašību uzlabošana, izmantojot sintēzes parametru optimizāciju un dažādu piemaisījumu materiālu ievadīšanu. Rezultātā ir izstrādāta oriģināla divu soļu anodēšanas tehnoloģija TiO2 nanocaurulīšu pārklājumu iegūšanai. Metode ir klasiskās anodēšanas modifikācija, kas paredz pirmajā solī pievadīt zemu spriegumu, kas ir zemāks par TiO2 nanostruktūru iegūšanu, bet otrajā solī lielāku spriegumu, kurš sekmē nanostruktūru iegūšanu. Variējot ar zemā sprieguma soli un paraugu pēcapstrādi, iespējams ietekmēt iegūto pārklājumu kristālisko struktūru un fotokatalītiskās īpašības. 

Darbā tika noteikts, ka izmantojot modificēto anodēšanas metodi iespējams palielināt anatāza fāzes īpatsvaru, palielinot pārklājuma fotokatalītiskās īpašības. Lai vēl vairāk palielinātu iegūto pārklājumu fotokatalītisko aktivitāti, tika izstrādāta jauna metode piejaukumvielu ievadīšanai, apvienojot anodēšanas un elektroforēzes procesus. Tika izmantoti dažādi piejaukumvielu materiāli: WO3, oglekļa nanodaļiņas, atslāņotas grafēna daļiņas, komerciāli grafēna kvantu punkti, oglekļa kvantu punkti un Pt dopētas aktivētas ogles daļiņas. Iegūtie rezultāti parāda, ka piejaukumu daļiņas ietekmē pārklājuma fotokatalītiskās īpašības, kristālisko struktūru un fāžu sastāvu. Paraugos sintezētos ar izstrādāto metodi neorganiskā elektrolītā iejaucot sintezētas oglekļa nanodaļiņas, bet organiskā elektrolītā iejaucot komerciālas oglekļa nanodaļiņas iespējams iegūt anodisku TiO2 pārklājumu ar brukīta, anatāza un rutila fāžu maisījumu. Tika noskaidrots, ka fāžu maisījums uzlabo fotokatalītisko aktivitāti salīdzinājumā ar tīra anatāza vai rutila pārklājumiem. Brukīta fāzes iegūšana anodiskos TiO2 pārklājumos ir unikāls rezultāts, kas atklāj jaunas iespējas brukīta katalītisko īpašību izpētē.

Recenzenti:
1) Dr. phys. Artūrs Medvids, Rīgas Tehniskā universitāte,
2) Dr. phys. Aivars Vembris, LU Cietvielu fizikas institūts,
3) Dr. Agne Šulčiūte, Kauņas Tehnoloģiju universitāte, Lietuva.

Ar promocijas darbu var iepazīties LU Bibliotēkā, Raiņa bulvārī 19.
Dalība sēdē ar iepriekšēju pieteikšanos, rakstot uz sintija.silina@lu.lv līdz 18. martam.