Synthesis of new materials for photo-electrocatalytic reduction of CO2

Abstract

This bachelor's thesis is based on research of new composite materials serving as photo- electrocatalysts for conversion of carbon dioxide into value-added products, solar fuels. Since CO2 is a prominent greenhouse gas and its excessive emissions are proved to cause global warming, it is crucial to pay a sufficient attention to this topic. In this work, copper (I) oxide was investigated as a photoresponsive material due to (a) its ability to be photoexcited by visible light and (b) its suitable redox potential for CO2 reduction. The main goal is to overcome the limitations of Cu2O such as photocorrosion and fast charge recombination. In this regard, this study investigates Cu2O and TiO2 p,n-heterojunctions, enhanced with non-precious metal- based co-catalysts, multilayered titanium-based MXenes (ml-Ti3C2Tx). The research is focused on how the formation of TiO2 on surface of Ti3C2Tx affects the overall performance of multicomponent photocathode in CO2 reduction reaction (CO2RR). The composite photocatalysts were prepared by first electrodepositing Cu2O over fluorine-doped tin oxide glass support (FTO) and further coating this layer with a layer of TiO2- ml-Ti3C2Tx material. The composite consisting of TiO2 particles and multilayered Ti3C2Tx was prepared by treating Ti3C2Tx MXene under varying...

Tato bakalářská práce je založena na výzkumu nových kompozitních materiálů sloužících jako foto-elektrokatalyzátory pro přeměnu oxidu uhličitého na energeticky hodnotné produkty, solární paliva. Vzhledem k tomu, že CO2 je významným skleníkovým plynem a jeho nadměrné emise prokazatelně způsobují globální oteplování, je nezbytné věnovat tomuto tématu dostatečnou pozornost. V této práci byl zkoumán oxid měďný jako fotoresponzivní materiál z důvodu (a) jeho schopnosti být fotoexcitován viditelným světlem a (b) jeho vhodnému redoxnímu potenciálu pro redukci CO2. Hlavním cílem práce je eliminovat nevýhody Cu2O jako je fotokoroze a rychlá rekombinace náboje. Za tímto účelem se tato práce zabývá PN přechodem mezi Cu2O a TiO2, za přítomnosti kokatalyzátoru, který neobsahuje ušlechtilý kov, ale je založen na bázi MXenu (karbidu titanu), konkrétně ml-Ti3C2Tx. Tato závěrečná práce zkoumá, jak formace TiO2 na povrchu Ti3C2Tx ovlivňuje celkové chování a efektivitu vícesložkové fotokatody při redukční reakci CO2 (CO2RR). Kompozitní fotokatalyzátory byly připraveny v rámci několika kroků, počínaje elektrodepozicí Cu2O na sklíčko pokryté oxidem cíničitým dopovaným fluorem. Dalším krokem bylo pokrytí vzniklého nosiče s katalyzátorem vrstvou kompozitního materiálu TiO2-ml-Ti3C2Tx, který byl připraven modifikací MXenu...