Σύνθεση, τροποποίηση και χαρακτηρισμός του περοβσκίτη AgNbO3 και μελέτη της φωτοκαταλυτικής του δράσης. - Φριλίγγου, Αναστασία (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Γενικής Χημείας, 2015)
Η φωτοκατάλυση με χρήση ημιαγώγιμων σωματιδίων έχει προσελκύσει μεγάλο ενδιαφέρον ως μια χρήσιμη τεχνική υδρόλυσης και απολύμανσης μολυσμένου νερού. Ο νιοβιούχος άργυρος με δομή περοβσκίτη AgNbO3 είναι ένα πολυχρηστικό ημιαγώγιμο υλικό που εμφανίζει φωτοκαταλυτική δραστηριότητα τόσο στη παραγωγή μοριακού οξυγόνου, όσο και κατά την αποσύνθεση οργανικών ρύπων. Πρόσφατα, οι ερευνητικές προσπάθειες επικεντρώνονται στην ενίσχυση της φωτοκαταλυτικής δράσης του AgNbO3 με προσθήκη μετάλλων ή μεταλλικών οξειδίων ως συν-καταλύτες. Στη παρούσα διπλωματική εργασία, έγινε αρχικά μια προσπάθεια ανασκόπησης των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων των ενώσεων που ανήκουν στην οικογένεια των περοβσκιτών, ΑΒΟ3. Στη συνέχεια, η ανάλυση επικεντρώθηκε στις ιδιότητες που καθιστούν το νιοβιούχο άργυρο υλικό με αξιοσημείωτες τεχνολογικές εφαρμογές. Στόχος της διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη του περοβσκιτικού φωτοκαταλύτη AgNbO3 και η ενίσχυση της φωτοκαταλυτικής δράσης του κατά την αποικοδόμηση οργανικών ρύπων ύστερα από ακτινοβόληση στην περιοχή του ορατού φωτός. Αυτό επιτεύχθηκε μέσω κατάλληλης τροποποίησης της σκόνης. Συγκεκριμένα συντέθηκε σκόνη νιοβιούχου αργύρου μέσω αντίδρασης στερεάς κατάστασης και η σκόνη τροποποιήθηκε με προσθήκη οξειδίου του νικελίου μέσω υγρού εμποτισμού του σε συγκεντρώσεις 1%, 3% και 5% w/w NiO. Οι φυσικοχημικές ιδιότητες των παρασκευασμένων σκονών χαρακτηρίστηκαν με τη βοήθεια της Περίθλασης Ακτινών Χ (XRD), του Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης (SEM) συζευγμένου με Στοιχειακό Μικροαναλυτή (EDAX), της Φασματοσκοπίας Raman, της Φασματοσκοπίας Υπεριώδους - Ορατού (UV-Vis) και της δυναμικής και ηλεκτροφορητικής σκέδασης φωτός (DLS και ELS). Τα δεδομένα XRD και SEM - EDAX υπέδειξαν την ύπαρξη σωματιδίων NiO στον καθαρό περοβσκίτη AgNbO3. Τα ακτινοδιαγράμματα XRD και τα φάσματα Raman οδήγησαν στην εξακρίβωση της δομής του περοβσκίτη δείχνοντας ταυτόχρονα την επίδραση εισαγωγής του οξειδίου του νικελίου στο κρυσταλλικό πλέγμα της ένωσης. Το εκτιμώμενο μέσο μέγεθος των κρυσταλλιτών που προέκυψε από την ανάλυση των δεδομένων XRD προσδιορίστηκε ίσο με περ. 50 nm, ενώ το μέσο μέγεθος των παραγόμενων σωματιδίων σκόνης προσδιορίστηκε με την τεχνική δυναμικής σκέδασης φωτός σε υδατικά διαλύματα και ήταν ίσο με περ. 300nm. Η σταθερότητα των σκονών εντός υγρής διασποράς εξετάστηκε με την τεχνική δυναμικής ηλεκτροφορητικής σκέδασης και βρέθηκε ικανοποιητική με τιμή δυναμικού ζ περ. -40mV σε pH=8,5. To ενεργειακό χάσμα του καθαρού AgNbO3 που προσδιορίστηκε έμμεσα με χρήση της Φασματοσκοπίας Υπεριώδους - Ορατού (UV-Vis) προέκυψε ίσο με 2,9 eV, ενώ η τροποποίησή του με οξείδιο του νικελίου οδήγησε σε μείωση ενεργειακού χάσματος του ημιαγωγού στα 2,7 eV. Η φωτοκαταλυτική δραστηριότητα όλων των δειγμάτων αξιολογήθηκε μέσω της οξείδωσης του ρύπου μπλε του μεθυλενίου με ακτινοβόληση τόσo στο UVA όσο και στο ορατό φως. Η προσθήκη οξειδίου του νικελίου στον περοβσκίτη οδήγησε σε αύξηση της φωτοκαταλυτικής του δράσης έως και 40%, με τα βέλτιστα αποτελέσματα να εμφανίζονται στη σκόνη που περιείχε 3% w/w NiO. Η σταθερότητα του φωτοκαταλύτη εκτιμήθηκε με τη βοήθεια ενός κυκλικού πειράματος, μετά το πέρας του οποίου η απόδοση του καταλύτη είχε μειωθεί κατά 4%. Τέλος, καταγράφηκε η κινητική της αντίδρασης και έγινε μια προσπάθεια περαιτέρω αύξησης του ρυθμού της με την εισαγωγή ενός δέκτη ηλεκτρονίων. Υγρός νιτρικός άργυρος, AgNO3 προστέθηκε στη φωτοκαταλυόμενη διασπορά καταφέρνοντας να οδηγήσει σε πλήρη αποικοδόμηση του ρύπου υπό την επίδραση ορατού φωτός.