REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Raziskave na področju priprave in funkcionalizacije hidrotermalno sintetiziranih enodimenzionalnih nanostruktur z morfologijo nanocevk in nanotrakov na osnovi plastovitih alkalijskih titanatov s splošno formulo A2TinO2n+1 so v zadnjem času pritegnile veliko pozornosti zaradi visoke specifične površine, dobre zmožnosti ionske izmenjave in polprevodniškega značaja titanatnih enodimenzionalnih nanostruktur in možnosti aplikacij le-teh na področju sončnih celic, plinskih senzorjev, heterogene katalize, litijevih baterij in fotokatalitskih procesov.
Hidrotermalno sintetizirane nanocevke na osnovi alkalijskih titanatov imajo plastovito, lamelarno strukturo in značilno odprto, mezoporozno morfologijo, ki omogoča prenos nabitih specij med plastmi, ki tvorijo stene večplastnih nanocevk, in na površino nanocevk. Uporaba takšnih enodimenzionalnih nanostrukturiranih templatov v nadaljnih procesih omogoča pripravo novih materialov in enodimenzionalnih produktov nanodimenzij, ki so prevzeli/ohranili morfologijo templata, vendar jih odlikujejo spremenjene lastnosti, kot so fotoaktivnost, biokompatibilnost in bioaktivnost. Zaradi njihove morfologije in zmožnosti ionske izmenjave smo titanatne nanocevke uporabili kot templat za pripravo s kalcijem dopiranih titanatnih nanocevk in nanostrukturiranega CaTiO3.
Glede na že raziskane in znane fotokatalitske lastnosti TiO2 je v zadnjih letih veliko raziskav usmerjenih tudi v študij in prilagajanje lastnosti titanatnih enodimenzionalnih nanostruktur za uporabo v fotokatalitskih procesih. Modificiranje elektronske strukture nanostrukturiranih titanatov z dopiranjem z različnimi specijami omogoča prilagajanje lastnosti titanatnih nanocevk in posledično poveča njihovo fotoobčutljivost v UV in predvsem v vidnem območju sončevega spektra. Še posebej za povečanje fotoodziva v vidnem območju pa se je izkazala kot uspešen pristop priprava nanokompozitov na osnovi kovinskih nanodelcev in polprevodniških nanostruktur.
Za kontrolirano pripravo nanokompozitov na osnovi kovinskih nanodelcev in polprevodniških nanostruktur smo uporabili večplastno polielektrolitno matrico pripravljeno z “Layer-by-Layer self assembly” metodo. Takšna organska matrica, nanešena na površino polprevodniške komponente nanokompozita, to je titanatnih nanotrakov, lahko deluje kot nanoreaktor za in-situ sintezo kovinskih nanodelcev. Dodatno organska matrica omogoča sterično stabilizacijo kovinskih nanodelcev, ki preprečuje njihovo aglomeracijo, in s tem kontrolo velikosti in gostote kovinskih nanodelcev v nanokompozitu.
Večplastni polielektrolitni nanos smo nanesli na hidrofilno površino titanatnih nanotrakov z izmeničnim nanašanjem šibkega polikationa polialil amina (PAH) in šibkega polianiona poliakrilne kisline (PAA) na osnovi elektrostatskega privlaka. Večplastni polielektrolitni nanos nam je služil za vezavo kovinskih (Ag, Cu) kationov iz vodnih raztopin njihovih soli. V večplastni matrici so prisotne proste funkcionalne skupine, ki se med pripravo večplastnega polielektrolitnega filma niso elektrostatsko vezale s funkcionalno skupino nasprotno nabitega poliiona in delujejo kot vezna mesta za kovinske ione. Z reakcijo redukcije se vezani kovinski kationi pretvorijo v kovinske (Ag in Cu) nanodelce. Pri tem se karboksilne skupine regenerirajo in so ponovno na voljo za vezavo novih kovinskih kationov. Takšno ponavljanje sinteznih korakov (ciklov) omogoča kontrolo volumskega deleža, velikosti in gostote kovinskih nanodelcev v večplastnem polimernem filmu. Termična obdelava organsko/anorganskega kompozita rezultira v odstranitev organskega večplastnega nanosa in nastanek kristaliničnega anorganskega kompozita na osnovi kovinskih Ag (Cu) nanodelcev in titanatnih nanotrakov. Foto-vzbujeni kovinski delci delujejo kot past za elektrone, pri čemer se hitrost rekombinacije elektron-luknja v polprevodniku (titanatnih nanotrakovih) upočasni in vodi v povečan foto-odziv takšnega hibridnega materiala v UV območju svetlobe. Prav tako nanokompozit kovina-polprevodnik izkazuje povečan foto-odziv v vidnem območju svetlobe, kjer je foto-aktivnost posledica elektromagnetnega polja v bližini kovinskega (Ag, Cu) delca, ki ga povzroči površinska plazmonska resonanca delca.
Polielektrolitne nanose, nanešene na površino titanatnih nanotrakov z Layer-by-Layer metodo, smo uporabili za pripravo tankih plasti titanatnih nanotrakov. Kompozit na osnovi večplastnega polielektrolitnega nanosa in titanatnih nanotrakov smo nanašali na silicijevo podlago z zaporednimi nanosi kompozita in popolnoma nabitega polielektrolita polistiren sulfonske kisline (PSS), da smo dosegli 10 in 20 dvojnih plasti debel tanek film. Z zaporednim nanosom nasprotno nabitih komponent debelina tankega filma linearno narašča s povečevanjem števila nanešenih plasti. S termično obdelavo odstranimo organski del tanke plasti in kot rezultat dobimo tanko plast, ki sestoji iz titanatnih nanotrakov, ki pa niso orinetirani/poravnani vzporedno s silicijevo podlago. Naključna orientacija nanotrakov v tanki plasti na podlagi povzroči prisotnost nanoporoznosti ter s tem odpira možnosti za uporabo takšnih plasti kot potencialno učinkovitih materialov za razgradnjo organskih polutantov v vodah in zraku.