Διδακτορικός Φοιτητής
Ειρήνη Κουτσουρούμπη

Email

eirinink@materials.uoc.gr

Θέμα διδακτορικού

2D Transition Metal Dichalcogenides SnS2 and MoS2 for Solar Water Splitting

Επιβλέπων

Αρματάς Γεράσιμος, Αναπληρωτής καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Επιτροπή

Αρματάς Γεράσιμος, Αναπληρωτής καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Κιοσέογλου Γεώργιος, Αναπληρωτής καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Ρεμεδιάκης Ιωάννης, Μόνιμος επίκουρος καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Περίληψη

Τα τελευταία χρόνια, τα δισδιάστατα διχαλκογονίδια μετάλλων μετάπτωσης (2D-TMDCs) έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον των επιστημών χάρη στις μοναδικές ηλεκτρικές, οπτικές και καταλυτικές ιδιότητες που παρουσιάζουν. Μεταξύ αυτών των υλικών, τα μονοστρωματικά υμένια MoS2 και SnS2 αποτελούν ιδιαίτερα υποσχόμενα υλικά για την παραγωγή υδρογόνου μέσω της φωτο- ή ηλεκτροκαταλυτικής διάσπασης του νερού εξαιτίας των εγγενών ημιαγώγιμων χαρακτηριστικών τους, όπως οι οπτικές διαζωνιακές μεταβάσεις άμεσου χάσματος, η υψηλή ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα (> 200 cm-2 V-1 s-1), η αξιοσημείωτη χημική σταθερότητα και η υψηλή καταλυτική δραστικότητα στην αντίδραση έκλυσης υδρογόνου. Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως θέμα την ανάπτυξη νέων νανοδιάστατων μονοστρωματικών υμενίων MS2 (M = Mo, Sn) με μέγεθος από 10 έως 100 nm πάνω σε γραφιτικό πλέγμα νιτριδίου του άνθρακα (g-C3N4) και τη μελέτη εφαρμογής αυτών των σύνθετων υλικών στη φωτοκαταλυτική διάσπαση του νερού προς παραγωγή μοριακού υδρογόνου. Η δομή και η μορφολογία των παρασκευασθέντων υλικών θα μελετηθούν λεπτομερώς με διάφορες φυσικοχημικές τεχνικές χαρακτηρισμού, συμπεριλαμβανομένης της περίθλασης ακτίνων-Χ (XRD), ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διέλευσης (ΤΕΜ), στοιχειομετρικής ανάλυση EDS, φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων ακτίνων-Χ (XPS), φασματοσκοπίας ορατού-υπεριώδους (UV/vis) και Raman και ποροσιμετρίας αζώτου. Η τεχνική της ηλεκτροχημικής φασματοσκοπίας εμπέδησης (EIS) θα χρησιμοποιηθεί επίσης για να προσδιοριστούν τα δυναμικά της ζώνης σθένους και ζώνης αγωγιμότητας καθώς και η πυκνότητα φορέων φορτίου στους ημιαγωγούς. Τα νέα αυτά νανοδιάστατα υλικά που εμφανίζουν μεγάλη αναλογία επιφάνειας προς όγκο αναμένεται να παρουσιάζουν υψηλή δραστικότητα και σταθερότητα στη φωτοκαταλυτική διάσπαση του νερού προς παραγωγή υδρογόνου κάτω από ηλιακή ακτινοβολία και ακτινοβολία ορατού φωτός.

Abstract

In recent years, two-dimensional metal dichalcogenides (2D-TMDCs) have captured the interest of scientists because of their unique electronic, optical and catalytic properties. Among these materials, layered transition metal dichalcogenides such as MoS2 and SnS2 are particularly attractive catalysts for hydrogen evolution by photo- or electrocatalytic water splitting due to their intrinsic semiconductor features, such as direct optical interband transitions, high electronic conductivity (> 200 cm-2 V-1 s-1), remarkable chemical stability and high catalytic activity in the hydrogen evolution reaction. This doctoral thesis is focused on the development of novel nanostructured monolayers MS2 (M = Mo, Sn) in the range of 10–100 nm supported on graphitic carbon nitride (g-C3N4) and the study of these composite materials in the photocatalytic water splitting towards hydrogen production. The structure and morphology of the prepared materials will be studied in detail by using various physicochemical techniques, such as X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), SEM/EDS elemental microanalysis, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), ultraviolet-visible (UV/vis) and Raman spectroscopy, and nitrogen porosimetry. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) technique will also be used to determine the electronic band structure as well as the carrier density of the semiconductors. These new nanosized materials featuring a high surface to volume ratio are expected to show high activity and stability in photocatalytic water splitting under solar and visible light irradiation.

facebook icon