Atomic layer deposition of controlled TiO2-Cu heterostructures for CO2 reduction reaction photoelectrocatalysts
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2024-08-29
Department
Major/Subject
Functional Materials
Mcode
CHEM3025
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
50
Series
Abstract
The need to remove carbon dioxide from the atmosphere is urgent as global warming threatens to endanger the future of humankind. Therefore, it is increasingly important to find new catalysts for reducing carbon dioxide. Titanium dioxide is an efficient photocatalyst and copper is known for its ability to act as a cocatalyst. Together, these materials are effective in catalysing carbon dioxide reduction reaction. This thesis aims to optimize a novel atomic layer deposition process for titanium dioxide-copper heterostructures and examine their possibilities in carbon dioxide reduction reaction photoelectrocatalysis. Atomic layer deposition is used for producing controlled titanium dioxide clusters, while photo-assisted atomic layer deposition is used for depositing copper on the titanium dioxide clusters. The response of the material towards reducing carbon dioxide is examined through electrochemical reduction tests. The process optimization yielded a suitable heterostructure that showed possible activity towards carbon dioxide reduction. This study proves that atomic layer deposition is capable in producing controlled structures that could prove to be functional in making use of carbon dioxide through photoelectrocatalysis.Hiilidioksidin poistaminen ilmakehästä on erittäin tärkeää, sillä ilmaston lämpeneminen uhkaa vaarantaa ihmiskunnan tulevaisuuden. Näin ollen, on tärkeää kehittää uusia katalyyttejä hiilidioksidin pelkistykseen. Titaanidioksidi on tehokas fotokatalyytti ja kupari on tunnettu kyvystään toimia kokatalyyttinä. Yhdessä nämä materiaalit ovat tehokkaita hiilidioksidin pelkistyksen katalysoinnissa. Tämän diplomityön tarkoituksena on optimoida uudenlainen atomikerroskasvatusprosessi titaanidioksidi-kupari heterorakenteille, ja tarkastella niiden mahdollisuuksia hiilidioksidin pelkistysreaktion fotoelektrokatalyysissä. Atomikerroskasvatusta käytetään titaanidioksidiklusterien valmistamiseen, kun taas valoavusteista atomikerroskasvatusta käytetään kuparin kasvattamiseen titaanidioksidiklusterien pinnalle. Materiaalin aktiivisuutta hiilidioksidin pelkistykseen tutkitaan sähkökemiallisilla pelkistyskokeilla. Prosessin optimointi tuotti tarkoitusta vastaavan heterorakenteen, joka osoitti mahdollista aktiivisuutta hiilidioksidin pelkistykseen. Tämä tutkimus todistaa, että atomikerroskasvatuksella voidaan valmistaa kontrolloituja rakenteita, jotka voivat osoittautua käytännöllisiksi hiilidioksidin hyödyntämisessä fotoelektrokatalyysin keinoin.Description
Supervisor
Miikkulainen, VilleThesis advisor
Vapaavuori, JaanaHerrala, Reima
Keywords
atomic layer deposition, photoelectrocatalysis, carbon dioxide, titanium dioxide, copper