Sintesi e caratterizzazione di fotocatalizzatori supportati a base di TiO2: (N,F) per applicazioni ambientali

Abstract

In questo lavoro di tesi sono stati sintetizzati fotocatalizzatori a base di diossido di titanio drogato con azoto e fluoro (TiO2: N, F) supportati su materiali luminescenti persistenti (PeL) commerciali. Tali composti sono in grado di assorbire una radiazione, immagazzinando energia luminosa, per poi rilasciarla gradualmente nel tempo mediante un'emissione luminescente che prosegue per un determinato periodo anche dopo la rimozione della sorgente di eccitazione. L'obiettivo era quello di sfruttare i PeL per trasferire l'eccitazione radiativa al TiO2 e ottenere un fotocatalizzatore composito in grado di funzionare anche in assenza di sorgente luminosa diretta. Nella prima fase del lavoro è stata ottimizzata la sintesi sol-gel del TiO2, attraverso l'approccio multivariato dell'experimental design, con l'obiettivo principale di minimizzare il valore di band gap (Eg) del semiconduttore. Per realizzare l'accoppiamento è fondamentale, infatti, che la banda di assorbimento del TiO2 sia compatibile con quella di emissione del PeL, che interessa lo spettro del visibile. Sulla base dei risultati dell'applicazione del modello, sono stati sintetizzati dei fotocatalizzatori compositi TiO2 + PeL, mediante il metodo idrotermale. L’attività fotocatalitica dei materiali compositi sintetizzati è stata valutata sottoponendoli ad irraggiamento, fornito da apposite lampade solari, effettuando test su soluzioni acquose di blu di metilene. Inoltre, sono stati svolti ulteriori test alternando periodi di luce ad altri di buio, al fine di valutare la reale efficacia dei PeL e confermare la capacità di fornire energia per il processo fotocatalitico in assenza di irraggiamento diretto.

This thesis work was focused on the synthesis of photocatalysts based on titanium dioxide doped with nitrogen and fluorine (TiO2: N, F) supported on commercial persistent luminescent materials (PeL). These compounds are capable of emitting light radiation for a prolonged period even after the removal of the excitation source. The objective was to exploit PeL materials to transfer the radiative excitation to the TiO2 and obtain a composite photocatalyst capable of working even in the absence of a direct light source. In the first phase of the work, the sol-gel synthesis of TiO2 was optimized, through the multivariate experimental design approach, with the main objective of minimizing the band gap (Eg) value of the semiconductor. To achieve the coupling, it is essential that the absorption band of TiO2 is compatible with the emission band of PeL, which affects the visible spectrum. On the basis of the results of the model, TiO2 + PeL composite photocatalysts were synthesized using the hydrothermal method. The photocatalytic activity of the synthesized composite materials was evaluated by subjecting them to irradiation, provided by special solar lamps, carrying out tests on aqueous solutions of methylene blue. Furthermore, further tests were carried out by alternating periods of light with others of darkness, in order to evaluate the real effectiveness of PeL material and confirm the ability to provide energy for the photocatalytic process in the absence of direct irradiation.