Investigation of the influence of crystal structure and optical properties of ZnO/RuO2 composites on photoelectrocatalytic activity for hydrogen and oxygen evolution

[K. Aleksić ]

90 str.

Fizička hemija - Fizička hemija materijala i Fizička hemija elektrohemija / Physical chemistry - Physical chemistry of materials, Physical chemistry electrochemistry

Rast svetske populacije i težnja ka boljem životnom standardu doveli su do povećanja potrošnje energije i zavisnosti od fosilnih goriva, što je ubrzalo iscrpljivanje njihovih resursa i doprinelo negativnom uticaju na ekosistem. UnapreĎenje tehnologija za proizvodnju vodonika može biti od presudne važnosti u stvaranju održivog energetskog sistema, smanjujući zavisnost od fosilnih goriva i umanjujući štetne posledice po životnu sredinu. Proizvodnja vodonika putem elektrolize vode, koristeći lako dostupne sirovine, kao što je voda, i obnovljive izvore energije, poput solarne, predstavlja ekološki prihvatljivo i održivo rešenje za budućnost. Da bi ovi procesi bili efikasni, neophodno je koristiti katalizatore. Iako su katalizatori iz platinske grupe najefikasniji, njihova visoka cena i ograničena dostupnost sprečavaju širu primenu. Cilj ove doktorske disertacije bio je smanjenje troškova katalizatora iz platinske grupe zamenom rutenijuma sa rutenijum( oksidom, kao i smanjenje njegove količine upotrebom dostupnog i multifunkcionalnog cink( oksida. Metodom mikrotalasnog procesiranja precipitata sintetisani su cink( oksid i kompoziti cink( oksida i rutenijum( oksida sa masenim odnosima 1:1, 2:1 i 10:1. Da bi se ispitao uticaj defekata u kristalnoj strukturi na (foto)elektrokatalitičku efikasnost, sintetisani materijali su termički tretirani na 300 °C i 600 °C. Različitim fizičkohemijskim metodama su detaljno istražene kristalna struktura, morfologija, kao i optičke osobine materijala. Elektrokatalitička i fotoelektrokatalitička aktivnost kompozita prema reakcijama izdvajanja vodonika i kiseonika u kiselom i baznom elektrolitu testirane su metodom linearne voltametrije, a rezultati su uporeĎeni sa rezultatima dobijenim za cink( oksid i rutenijum( oksid.

The growth of the global population and the pursuit of a better standard of living have increased energy consumption and dependence on fossil fuels, accelerating resource depletion and harming the ecosystem. Advancing hydrogen production technologies is crucial for creating a sustainable energy system by reducing dependence on fossil fuels and mitigating environmental damage. Hydrogen production via water electrolysis, using readily available resources such as water and renewable energy like solar power, offers an ecologically sustainable solution. For these processes to be efficient, catalysts are essential. However, platinum group catalysts, despite their high efficiency, are hindered by high costs and limited availability. This dissertation aims to reduce catalyst costs by replacing ruthenium with ruthenium(IV) oxide and reducing its quantity using the multifunctional zinc oxide. Zinc(II) oxide and zinc(II) oxide ruthenium(IV) oxide composites with mass ratios of 1:1, 2:1, and 10:1 were synthesized via microwave processing of a precipitate. The impact of defects in the crystal structure on (photo)electrocatalytic efficiency was studied by thermally treating the materials at 300 °C and 600 °C. The crystal structure, morphology, and optical properties of the materials were investigated using various physicochemical methods. The electrocatalytic and photoelectrocatalytic activity of the composites for hydrogen and oxygen evolution reactions in acidic and basic electrolytes was tested using linear voltammetry, with results compared to zinc oxide and ruthenium(IV) oxide.

cink( oksid, rutenijum( oksid, reakcija izdvajanja vodonika, reakcija izdvajanja kiseonika, bifunkcionalni (foto)elektrokatalizatori

zinc(II) oxide, ruthenium(IV) oxide, hydrogen evolution reaction, oxygen evolution reaction, bifunctional (photo)electrocatalysts

544.6:544.47(043.3)

Tekst