Priprava i karatrerizacija tankih filmova modificiranih TiO2 nanostruktura za primjenu u fotonaponskim ćelijama

Datum početka projekta
01.01.2016.
Datum kraja projekta
31.12.2018.
Status
Aktivan
Kategorija projekta
Bilateralna znanstveno-istraživačka suradnja Ministarstva znanosti, obrazovanja i športa

Titanijum dioksid i različite nanostrukture bazirane na TiO2 već duži niz godina privlače pažnju znanstvene javnosti prvenstveno zbog svoje superiorne fotokatalitičke aktivnosti, kemijske stabilnosti, niske cijene i netoksičnosti. Međutim, praktične primjene TiO2 kao fotokatalizatora su ograničene, jer je TiO2 aktivan samo za UV zračenje zbog velike širine energetskog procjepa i stoga manje od 5% sunčeve svjetlosti se može iskoristiti za foto-ekscitaciju. Brojne studije su pokušale modificirati optička svojstava TiO2 pretežno dopiranjem drugim elementima ili senzibilizacijom sa različitim anorganskim ili organskim spojevima.

U našem projektu istraživat će se mogućnosti modificiranja optičkih svojstava TiO2, podešavanjem njihove nano-strukture i aktiviranjem njihove površine ili zapremine. Svojstva će se optimirati primarno za upotrebu u fotonaponskim uređajima no rezultati će biti primjenjivi i za druge opto-električne uređaje, razne vrste senzora i foto-katalizatora. Za spomenute primjene od presudnog značenja je sposobnost pripremljenog materijala da apsorbira u što većem dijelu spektra sunčevog zračenja. Na povećanje efikasnosti apsorpcije sunčevog zračenja i stabilnosti materijala će se uticati stvaranjem nanostuktura odgovarajuće geometrije, promjenom kemijske strukture TiO2 dodavanjem atoma različitih elemenata (metali za supstituciju atoma Ti kao npr. prelazni metali Cr, Ru i V, ili nemetali za supstituciju atoma kisika, kao npr. N, C, S i B) i modifikacijom površine titanijevog oksida različitim ligandima neorganskog i organskog porijekla (npr. salicilna kiselina, dopamin, katehol, 2,3-dihidroksinaftalen, antrarobin). Istražit će se utjecaj modifikacije na morfologiju, strukturu i opto-elektronička svojstva dobivenih nanokompozita, te će se na osnovu tih rezultata optimizirati uvjeti sinteze.
Za otvaranje perspektive industrijske proizvodnje je važno istražiti mogućnost formiranja nano-struktura u tankom filmu tehnikama depozicije koje dozvoljavaju jednostavno povećanje skale proizvodnje. Stoga će se u ovom projeku optimirati i modificirati nano-struktura Ti oksida nanesenogu tankom filmu magnetronskim rasprašenjem u kombinaciji s anodizacijom, te, komplementarno, kemijskom sintezom modificiranog TiO2 koji će se formirati kao tanki film metodom „spin coating“.

Osnovni cilj ovog projekta je razviti materijal baziran na TiO2 koji bi imao sposobnost apsorpcije u širokom području sunčevog spektra kako bi se primijenio kao aktivni sloj u fotonaponskim ćelijama. Cilj je dobiti tanki film modificiranog TiO2 koji apsorbira svjetlost u širokom spektralnom području (od ultraljubičastog do infracrvenog područja). Kako bi se to postiglo biti će primijenjena dva različita pristupa: (i) kemijska sinteza volumno ili površinski modificiranih TiO2 nano-struktura te naknadno nanošenje na vodljivo staklo metodom „spin coating“, (ii) formiranje sloja TiO2 nanostruktura direktno na vodljivom staklu i to magnetronskim rasprašenjem titana u kombinaciji s anodizacijom, te naknadno površinsko modificiranje kemijskim metodama . Također je cilj razumijevanje utjecaja načina i uvjeta sinteze na strukturu te na optička svojstva dobivenih materijala, te optimiranje sinteze na temelju rezultata strukturne i optičke karakterizacije. Ostali ciljevi su proširiti stručna znanja svih sudionika projekta te uspostaviti dugoročnu suradnju koja bi mogla omogućiti zajedničko uključivanje u EU projekte u okviru programa Obzor 2020.

Članovi dviju grupa već prije su neformalno surađivali na sintezi i karakterizaciji novih funkcionalnih materijala, a rezultati rada su predstavljeni na dvije konferencije (detaljnije u prilogu).

Očekivani rezultati i postignuća: (1) kreiranje novih nanostrukturiranih materijala na bazi TiO2 koji će u obliku tankog filma biti primijenjeni kao aktivni sloj u fotonaponskim ćelijama, (2) povezivanje svojstava i strukture, te razumijevanje utjecaja metoda priprave na optička svojstva priređenih materijala, (3) povećanje znanja i usvajanje novih tehnika sinteze i karakterizacije petero mladih znanstvenika (dvojica iz Hrvatske i troje iz Srbije), (4) publikacije u međunarodnim znanstvenim časopisima i u zbornicima radova na konferencijama, te moguća zajednička prijava istraživačkog projekta u okviru EU programa Obzor 2020, (5) formiranje Hrvatsko-Srpske platforme koja će omogućiti adresiranje novih znanstvenih problema slične tematike u budućnosti obzirom na komplementarnost ekspertiza i eksperimentalnih tehnika u znanstvenim timovima dviju zemalja, (6) istraživanje na predloženom projektu bi moglo dovesti do otkrića koja bi se mogla patentirati, te u daljnjim koracima transferirati u gospodarski sektor čime bi se potakao razvoj društva kao cjeline.

Glavni istraživač / voditelj
Andreja Gajović

Andreja Gajović, dr. sc.

znanstveni savjetnik +385 1 468 0113

Ostali suradnici

Andreja Gajović
Milivoj Plodinec
Daniel Meljanac 

Radenka Krsmanović Whiffen
Miroslav Dramićanin
Vesna Đorđević
Bojana Milićević
Jelena Papan

Novosti