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

Ova stranica koristi kolačiće

Neki od tih kolačića nužni su za ispravno funkcioniranje stranice, dok se drugi koriste za praćenje korištenja stranice radi poboljšanja korisničkog iskustva.

Za više informacija pogledajte naše uvjete korištenja.

  • Kolačići koji su nužni za ispravno funkcioniranje stranice. Moguće ih je onemogućiti u postavkama preglednika.