Preparation of multicomponent fotoelectrodes for photo-electrocatalytic reduction of CO2

Abstract

The increasing concentration of carbon dioxide (CO2) in the atmosphere, caused mainly by fossil fuels combustion, is one of the key environmental issues nowadays. Therefore, its capture and further utilization are highly relevant topics in the current research. One of the ways of CO2 conversions is photo-electrochemical (PEC) approach. PEC process and design of multicomponent photoelectrodes for PEC CO2 reduction reaction (CO2RR) are investigated by this bachelor's thesis. Copper(I) oxide (Cu2O) is our primary photoresponsive material, due to low band gap allowing the photoexcitation by visible light and its suitable redox potential for CO2RR. However, Cu2O suffers from a high rate of charge recombination and significant photocorrosion. Hence, we investigated the protective overlayer of various microporous (*BEA, FAU-Y, Zn-FAU-Y) and mesoporous (MCM-41, KIT-6) materials to improve the overall photocathode stability. The porous materials were synthesized through hydrothermal methods and thoroughly characterized. Cu2O layers were prepared via electrodeposition onto FTO glass and subsequently coated with the synthesized porous materials using spray-coating technique. The resulting multicomponent electrodes were evaluated using linear sweep voltammetry (LSV) and chronoamperometric measurements under...

Spalování fosilních paliv způsobující zvyšování koncentrace oxidu uhličitého (CO2) v atmosféře je jedním z klíčových environmentálních problémů současnosti. Proto je zachycování a další využití CO2 velmi aktuálním tématem současného výzkumu. Jednou z možností přeměny CO2 je fotoelektrochemický (PEC) přístup. V rámci této bakalářské práce byl zkoumán PEC proces a byly navrženy a připraveny multikomponentní fotoelektrody pro PEC redukci CO2 (CO2RR). Jako primární fotoaktivní materiál byl zvolen oxid měďný (Cu2O) především díky jeho malému zakázanému pásu, který umožňuje jeho fotoexcitaci viditelným světlem a kvůli vhodnému redoxnímu potenciálu pro CO2RR. Cu2O ovšem má značnou nevýhodu z důvodu rychlé rekombinace náboje a fotokoroze. Proto jsme zkoumali ochranné vrstvy z různých mikroporézních (*BEA, FAU-Y, Zn-FAU-Y) a mezoporézních (MCM-41, KIT-6) materiálů s cílem zvýšit celkovou stabilitu fotokatody. Porézní materiály byly syntetizovány hydrotermálními metodami a důkladně charakterizovány. Vrstva Cu2O byla připravena elektrodepozicí na FTO sklo a následně na ni byla nanesena vrstva syntetizovaného porézního materiálu pomocí techniky nástřiku. Výsledné multikomponentní elektrody byly hodnoceny pomocí lineární voltametrie (LSV) a chronoamperometrických měření za stálého osvětlení....