Καθώς οι ενεργειακές ανάγκες αυξάνονται, αυξάνεται και η ανάγκη εύρεσης μίας περιβαλλοντικά φιλικής ενεργειακής πηγής με υψηλή απόδοση. Το υδρογόνο αποτελεί μια ελκυστική λύση καθώς καλύπτει και τις αναφερθείσες προϋποθέσεις, ενώ παρουσιάζει ταυτόχρονα το πλεονέκτημα της αποθήκευσης. Το ενδιαφέρον της έρευνας έχει στραφεί προς την παραγωγή υδρογόνου μέσω περιβαλλοντικά «καθαρών» διεργασιών με τη φωτοκατάλυση της αντίδρασης εξαγωγής υδρογόνου από νερό να αποτελεί μια λίαν ελπιδοφόρο προοπτική.
Στην φωτοκατάλυση, η διεργασία της διάσπασης του νερού επιταχύνεται με τη χρήση ενός καταλύτη και με τη βοήθεια της φωτεινής ακτινοβολίας. Το διοξείδιο του τιτανίου είναι ένας ημιαγωγός με φάσμα ενεργοποίησης στην περιοχή του υπεριώδους, χάρι στο ενεργειακό του χάσμα. Η τιτανία χρησιμοποιείται ως καταλύτης για τη διάσπαση του νερού προς παραγωγή υδρογόνου. Παρά τα εμφανή πλεονεκτήματα, η φωτοκαταλυτική διάσπαση του νερού με χρήση τιτανίας εμφανίζει κάποια σημαντικά μειονεκτήματα. Η μη ενεργοποίηση στο φάσμα του ορατού, η επανασύνδεση των φωτοεπαγόμενων φορτίων και η αμφίδρομη αντίδραση των προϊόντων προς παραγωγή νερού, επηρεάζουν την αποδοτικότητα του συστήματος. Προκειμένου να αντιμετωπιστούν τα προβλήματα και να γίνει χρήση της απεριόριστης ηλιακής ακτινοβολίας, το ενδιαφέρον έχει στραφεί προς την τροποποίηση του καταλύτη με σκοπό την αύξηση της απόδοσης και την ενεργοποίησή του στην περιοχή του ορατού. Η τροποποίηση με ξενιστές όπως μέταλλα και αμέταλλα, αποτελεί μια από τις πιο διαδεδομένες τεχνικές. Άλλες προσεγγίσεις αποτελούν η τροποποίηση με χρωστικές, το συν-τοπάρισμα καθώς και η τροποποίηση της δομής και της μορφολογίας του καταλύτη.
Στην παρούσα εργασία μελετώνται οι πρόσφατες εξελίξεις (2012-2017) στον τομέα της φωτοκαταταλυτικής διάσπασης του νερού, επικεντρώνοντας σε τροποποιημένα υλικά τιτανίας που ενεργοποιούνται με ορατό φως.
Περιέχει : πίνακες, διαγράμματα, εικόνες
With energy needs on the rise on one hand and depletion of non-renewable resources on the other, the necessity for an efficient sustainable and cost-effective energy source is imperative. While energy from renewable resources seems attractive, it poses however some obstacles like dependence on location and time or inability to be stored. Hydrogen seems promising as it meets the above-mentioned requirements, can also be stored and is environmentally friendly. Photocatalytic water-splitting technology exhibits great potential for environmentally production of hydrogen. With the help of a catalyst like TiO2, activated in a specific area of the spectrum, the reaction of water splitting is accelerated with production of the desirable hydrogen.
However, the main obstacles/ barriers of this technology are the low activation of TiO2 under visible radiation, the high recombination rate of the photo-generated electrons and holes and the backward reaction of the products for production of water, leading to low hydrogen production rate. A number of different strategies have been developed in the recent years for the modification of TiO2, including non-metal and metal doping, co-doping, dye sensitisation, as well as structural and morphological modification. Doping with nitrogen and platinum is among the most popular approaches, with the first narrowing the energy band of the catalyst, while the latter ensures the effective separation of the photogenerated charges, leading to increased photocatalytic performance.
The present work aims to present the recent development of the above-mentioned technologies on TiO2 photocatalytic production of hydrogen, from 2012 to 2017.
