| Περίληψη: | Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η φωτο(ηλεκτρο)καταλυτική διάσπαση οργανικών και ανόργανων ουσιών, που είτε συνιστούν ρύπους είτε είναι προϊόντα της βιομάζας, με ταυτόχρονη παραγωγή υδρογόνου και ηλεκτρικής ενέργειας. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και υδρογόνου, με φωτοαποικοδόμηση οργανικών αποβλήτων σε ένα φωτοηλεκτροχημικό κελί αποτελεί μία ελκυστική διεργασία με διπλό περιβαλλοντικό όφελος δηλαδή, την αποικοδόμηση αποβλήτων με ταυτόχρονη παραγωγή χρήσιμων μορφών ενέργειας.
Τα κύρια μέρη ενός φωτοηλεκτροχημικού κελιού είναι: (α) το ηλεκτρόδιο ανόδου (φωτοάνοδος), το οποίο φέρει τον φωτοκαταλύτη που στην παρούσα εργασία ήταν είτε το διοξείδιο του τιτανίου (TiO2), είτε ο αιματίτης (Fe2O3), (β) το ηλεκτρόδιο καθόδου, το οποίο φέρει τον ηλεκτροκαταλύτη, δηλαδή ένα υλικό το οποίο διευκολύνει την μεταφορά ηλεκτρονίων από την κάθοδο στην υγρή φάση και (γ) ο ηλεκτρολύτης, που προστίθεται προκειμένου να αυξηθεί η αγωγιμότητα και να ρυθμιστεί το pH του διαλύματος. Όταν ο φωτοκαταλύτης διεγείρεται, η φωτοάνοδος παράγει ζεύγη ηλεκτρόνιων-οπών, όπου μέσω των οπών πραγματοποιούνται οι αντιδράσεις οξείδωσης των προς αποικοδόμηση ουσιών στο ηλεκτρόδιο της ανόδου. Τα φωτοπαραγόμενα ηλεκτρόνια οδηγούνται προς την κάθοδο μέσω του εξωτερικού κυκλώματος όπου εκεί πραγματοποιούνται οι αντιδράσεις αναγωγής, όπως για παράδειγμα, η αναγωγή των ιόντων υδρογόνου σε μοριακό υδρογόνο. Η νανοκρυσταλλική τιτάνια (TiO2), είναι ένας από τους καταλληλότερους φωτοκαταλύτες που χρησιμοποιούνται για την ετερογενή φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση ρύπων. Ωστόσο, το TiO2 απορροφά μόνο την υπεριώδη ακτινοβολία και έτσι εκμεταλλεύεται μόνο ένα μικρό ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας και επιπλέον μεγάλο ποσοστό των φωτοπαραγόμενων ζευγών ηλεκτρονίων οπών ανασυνδιάζονται μειώνοντας έτσι την τελική απόδοση του κελιού. Στην παρούσα εργασία έγινε προσπάθεια βελτίωσης των παραπάνω αδυναμιών του TiO2, τόσο με την φωτοευαισθητοποίηση του με ημιαγωγούς μικρότερου ενεργειακού χάσματος που απορροφούν στο ορατό τμήμα της ακτινοβολίας (π.χ. CdS), όσο και με την εφαρμογή εξωτερικής πόλωσης κατά τη διάρκεια της φωτοαποικοδόμησης (φωτοηλεκτροκατάλυση) που αποτρέπει τα ζεύγη φορέων φορτίου από την επανασύνδεση. Επιπλέον, η παρουσία της ρυπογόνου ουσίας, που δρα ως θυσιαζόμενη ένωση, συμβάλει στη μείωση της επανασύνδεσης ηλεκτρονίων-οπών καταναλώνοντας μέρος των φωτοπαραγόμενων οπών και επιτρέποντας στα ηλεκτρόνια να οδηγηθούν προς την κάθοδο.
|
|---|
