Nanostrukturēta dzelzs oksīdu fotoanodu sintēze un īpašības, impulsu elektrolīzes un fotoelektrolīzes mehānismi
2015
Mārtiņš Vanags

Aizstāvēšana
03.06.2015. 14:30, Rīgas Tehniskās Universitātes Materiālzinātnes un Lietišķās ķīmijas fakultāte, Paula Valdena iela 3/7, 272. auditorija

Zinātniskais vadītājs
Andris Šutka, Jānis Kleperis

Recenzenti
Jānis Grabis, Uldis Rogulis, Donāts Erts

Darbā pētīta robežvirsma cieta viela/šķidrums divos praksē plaši izmantotos gadījumos atjaunojamās enerģētikas jomā – ūdens elektrolīzē un fotoelektrolīzē. Šīs jomas svarīgumu nosaka nepieciešamība uzkrāt enerģiju tās efektīgākā nesēja – ūdeņraža – veidā. Pētot ūdens impulsu elektrolīzes efektivitāti, darbā izstrādāta induktīva sprieguma impulsa ģenerācijas shēma un noskaidrots, ka pievadot induktīvu sprieguma impulsu ūdens elektrolīzes šūnai, iespējams laikā atdalīt divus atšķirīgus procesus. Pirmais ir strauja elektrolīzes šūnas ģeometriskās kapacitātes uzlāde (līdz 1,5μs), kas uzkrāj impulsa enerģiju, un otrs ir sekojoša lēna izlāde starplaikā starp impulsiem (līdz 50μs), kad uzkrātā enerģija tiek izmantota ūdens elektrolīzei. Tādējādi pirmo reizi parādīts, ka induktīva sprieguma impulsa laikā notiek ūdens elektrolīzes šūnas ģeometriskās kapacitātes uzlādes procesa atdalīšana no elektroda elektriskā dubultslāņa uzlādes un lādiņa pārneses procesiem. Izstrādāta metode impulsa ūdens elektrolīzes salīdzināšanai ar līdzsprieguma ūdens elektrolīzi, izmantojot strāvas un sprieguma impulsu efektīvās vērtības. Lai iegūtu uzlabotus elektrodus ūdens fotoelektrolīzei, mūsu darbā izmantotas un salīdzinātas dažādas metodes: izsmidzināšanas pirolīze, katodiska galvanizācija un anodiska galvanizācija. Izmantojot šīs metodes, iegūtas α-Fe2O3 plānas kārtiņas pielietojumiem ūdens fotolīzes šūnā anoda lomā. Noskaidrots, ka ar elektrogalvanizācijas metodi iegūst tīras α-Fe2O3 plānās kārtiņas ar trīs reizes lielāku fotostrāvu kā ar izsmidzināšanas pirolīzi. Parādīts, ka ar katodisku sprieguma impulsu galvanizācijas procesā iegūtu kārtiņu fizikālās un fotoelektroķīmiskās īpašības mainās, mainot impulsa frekvenci - palielinot to, samazinās vidējais kristalīta izmērs, virsmas morfoloģija kļūst homogēnāka un aug fotostrāvas vērtības. Izteikti lielāka fotostrāva iegūta, galvanizācijas procesā izmantojot dažādas amplitūdas impulsus ar pretēju polaritāti. Pirmo reizi foto-elektrodu pētījumos α-Fe2O3 plānās kārtiņas leģētas ar itrija joniem. Noskaidrots, ka Fe3+ aizvietošana ar Y3+ samazina skābekļa vakanču koncentrāciju, kā rezultātā samazinās pamat-lādiņnesēju koncentrācija materiālā un palielinās barjeras slāņa biezums. Y piemaisījuma ietekmē plakanas zonas potenciāls nobīdās katodiskā virzienā un aug barjeras slāņa biezums, kā rezultāta efektīvāk atdalās gaismas ierosinātie elektronu – caurumu pāri. Pie lielākām Y koncentrācijām tie sāk darboties kā rekombinācijas centri gaismas ierosinātiem lādiņnesējiem, samazinot fotoaktivitāti.


Atslēgas vārdi
Impulsu elektrolīze, Elektriskais dubultslānis, Hematīts, Fotoanods

Vanags, Mārtiņš. Nanostrukturēta dzelzs oksīdu fotoanodu sintēze un īpašības, impulsu elektrolīzes un fotoelektrolīzes mehānismi. Promocijas darbs. Rīga: [RTU], 2015. 164 lpp.

Publikācijas valoda
Latvian (lv)
RTU Zinātniskā bibliotēka.
E-pasts: uzzinas@rtu.lv; Tālr: +371 28399196