Photodeposition of gold and platinum on titanium dioxide
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2017-12-12
Department
Major/Subject
Functional Materials
Mcode
CHEM3025
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
8 + 103
Series
Abstract
In photochemistry, light is used as an energy source for chemical reactions, such as hydrogen fuel generation and water purification. Photocatalytic materials often require a cocatalytic material to increase the efficiency of the reactions. The most typical cocatalytic materials are noble metals, such as gold and platinum. This thesis studies the photodeposition of gold and platinum nanoparticles. Photodeposition is conducted on an ALD grown titanium dioxide layer that acts as a photoactive material and absorbs incident photons, initiating the metal reduction of metal ions. The results of the photodeposition process can be controlled by changing the process parameters. The influence of multiple parameters are characterized with scanning electron microscopy, followed by image analysis. The results obtained are further discussed and conclusions are drawn on the capabilities of photodeposition. In this thesis, photodeposition process is used to control the particle size and particle density of noble metal nanoparticles. Significant variation is achieved for both gold and platinum nanoparticles by changing the process parameters. The particle densities for platinum nanoparticles varied from 120 µm−2 to 4993 µm−2, and the average particle diameters from 3.09 nm to 5.89 nm. The particle densities for gold range from 28.7 µm−2 to 440.1 µm−2, and the particle diameters from 15.86 nm to 37.25 nm. The most influential process parameter for increasing both the particle size and density is discovered to be precursor concentration. According to the results obtained in this thesis, photodepostion can be used to control the size and density of the deposited nanoparticles.Fotokemiallisissa sovelluksissa valo toimii energianlähteenä reaktioille, joilla voidaan esimerkiksi tuottaa vetypolttoainetta tai puhdistaa vettä epäpuhtauksista. Fotokatalyyttiset materiaalit vaativat usein katalyytin parantamaan reaktioiden tehokkuutta. Nämä kokatalyytit ovat tyypillisimmin jalometallisia partikkeleja kuten kultaa tai platinaa. Tässä työssä käytetään fotodepositio-menetelmää kulta- sekä platinananopartikkelien valmistukseen. Fotodepositio suoritetaan ALD kasvatetulle titaanidioksidi pinnalle, joka absorboi pintaan osuvat fotonit käynnistäen metallin pelkistysreaktion. Fotodepositiota voidaan kontrolloida muuttamalla prosessiparametreja. Parametrien vaikutusta pelkistettyihin metallipartikkeleihin tutkitaan pyyhkäisyelektronimikroskoopialla, ja sitä seuraavilla kuva-analyyseillä. Saatuja tuloksia tarkastelemalla voidaan tehdä johtopäätöksiä fotodeposition soveltuvuudesta jalometallinanopartikkelien valmistukseen. Tämä työ esittelee fotodeposition mahdollisuudet jalometallipartikkelien tiheyden sekä koon säätelemiseksi. Prosessiparametreja muuttamalla on mahdollista vaikuttaa niin kulta- kuin platinapartikkelienkin muodostumiseen. Platinapartikkelien tiheys vaihteli 120 µm−2:stä 4993 µm−2:in, ja partikkelien halkaisija 3.09 nm:stä 5.89 nm:iin. Kultapartikkelien tiheys puolestaan on välillä 28.7 µm−2 – 440.1 µm−2, kun taas niiden halkaisijat vaihtelevat 15.86 nm:sta 37.25 nm:iin. Suurin muutos sekä partikkelikoossa että -tiheydessä saadaan aikaan metallisuolan konsentraatiota kasvattamalla. Työn tulosten perusteella fotodepositio-menetelmää voidaan käyttää kulta- ja platinapartikkelien koon sekä tiheyden kontrolloimiseen.Description
Supervisor
Tittonen, IlkkaThesis advisor
Selin, JormaKeywords
gold, platinum, titanium dioxide, photodeposition, photocatalyst, cocatalyst
