Τομέας Φυσικής Στερεάς Κατάστασης Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Φυσικής Τομέας Φυσικής Στερεάς Κατάστασης Σύνθετοι φωτονικοί κρύσταλλοι οξειδίου του γραφενίου και διοξειδίου τιτανίου Διαμαντοπούλου Αγγελική Τριμελής Επιτροπή: Επικ. Καθηγητής Σ. Γλένης Επικ. Καθηγητής Β. Λυκοδήμος Καθηγητής Χ. Λόντος Αθήνα, 2017

Ενισχύεται η οπτική απορρόφηση του υλικού μέσω των αργών φωτονίων. Φωτονικοί Κρύσταλλοι TiO2 Διοξείδιο του τιτανίου (TiO2): Ισχυρή φωτοκαταλυτική δράση αντιρρυπαντική τεχνολογία Παράγοντες που περιορίζουν τη φωτοκαταλυτική δράση: Ισχυρή επανασύνδεση των φωτοεπαγόμενων φορέων Μεγάλο ενεργειακό χάσμα (3.0-3.2 eV) Φωτονικοί κρύσταλλοι TiO2: Νανοδομημένες μορφές τιτανίας Περιοδική δομή Φωτονικά χάσματα Φασματικές περιοχές στις οποίες δεν διαδίδεται η Η/Μ ακτινοβολία. Ενισχύεται η οπτική απορρόφηση του υλικού μέσω των αργών φωτονίων. F. Marlow, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 48, 6212-33 (2009)

Φωτονικοί Κρύσταλλοι GO-TiO2 M. Chhowalla, Materials Science and Engineering, Rutgers University, USA (2011) Φωτονικοί κρύσταλλοι GO-TiO2: Συνδυασμός του GO με τους φωτονικούς κρυστάλλους TiO2 TiO2 GO Αύξηση της ειδικής επιφάνειας Μεταφορά φορτίου  Μείωση της επανασύνδεσης των φωτοεπαγόμενων φορέων Φωτοηλεκτρόνια που διεγείρονται στο TiO2 μεταφέρονται στο GO. V. Štengl et al., Photochemistry and Photobiology 89, 1038-1046 (2013)

Σύνθεση πολυμερικών Οπαλίων Εξάτμιση διαλύτη Κάθετη εναπόθεση νανοσφαιρών πολυστυρενίου Αυτό-οργάνωση σφαιρών σε περιοδική δομή πυκνής ταξης (οπάλιο). fcc (111) Οπάλιo 350 nm fcc (111) Επίπεδο (111) της ενδροκεντρωμένη κυβικής δομής (fcc) Πίνακας 1: Διάμετροι οπαλίων D (nm) 220 300 350 225(10) 357(10) Οπάλιo 220 nm Οπάλιo 300 nm

Οπάλια-Οπτικές Ιδιότητες Νόμος Bragg   θ=0 m=1 (h,k,l)=(111)   Πίνακας 2: Μήκος κύματος φωτονικού χάσματος D 220 (nm) 300 (nm) 350 (nm) λθεωρ. 524 715 834 λπειρ. 704(5) 826(5) D διάμετρος των σφαιρών nm δείκτης διάθλασης πολυστυρενίου f παράγοντας πλήρωσης

Αντίστροφα οπάλια GO+TiO2   (450ο C/ ροή αζώτου) Εμποτισμός με διάλυμα TTIP + GO Αποσύνθεση πολυστυρενίου Από οπάλιο 350 nm Από οπάλιο 220 nm Πίνακας 3: Διάμετροι αντίστροφων οπαλίων. D (nm) Οπάλια 350 220 Αντίστροφα οπάλια TiO2 210(10) 106(10) Αντίστροφα οπάλια GO+TiO2 130(10) 95(10) Σημαντική συρρίκνωση των πόρων κατά τη δημιουργία της αντίστροφης περιοδικής δομής.

Φασματοσκοπία Raman Οπάλιο με διάμετρο σφαιρών 350 nm  Πολυστυρένιο Eg A1g,B1g B1g Eg Οπάλιο με διάμετρο σφαιρών 350 nm  Πολυστυρένιο Φωτονικός κρύσταλλος TiO2  Aνατάσης TiO2 Φωτονικός κρύσταλλος GO+TiO2 εκτός από τις κορυφές του TiO2, εμφανίζονται η ζώνη G (1604 cm-1) και η ζώνη D (1354 cm-1) του οξειδίου του γραφενίου.

Οπτικές Ιδιότητες Από οπάλιo 350 nm Από οπάλιo 220 nm 440 Πίνακας 4: Μήκος κύματος φωτονικών χασμάτων. Τα φωτονικά χάσματα έχουν μετατοπιστεί στη φασματική περιοχή ηλεκτρονικής απορρόφησης του TiO2 λόγω ενεργειακού χάσματος. TiO2 GO-TiO2 (350 nm) (220 nm) λ (nm) 541 274 331 240

Συμπεράσματα-Μελλοντική εργασία Επιτεύχθηκε η ενσωμάτωση του οξειδίου του γραφενίου στους φωτονικούς κρυστάλλους TiO2. Κατά τη σύνθεση των δειγμάτων παρατηρείται μεγαλύτερη συρρίκνωση των πόρων σε σχέση με τους απλούς φωτονικούς κρυστάλλους τιτανίας Μετατόπιση του φωτονικού χάσματος σε μικρότερα μήκη κύματος. Επόμενα Βήματα: Αξιολόγηση και σύγκριση της φωτοκαταλυτικής απόδοσης των φωτονικών κρυστάλλων τιτανίας και τιτανίας-GO, ώστε να διαπιστωθεί η ευεργετική επίδραση του GO στη δραστικότητα των φωτονικών κρυστάλλων TiO2. Ρύθμιση και βελτιστοποίηση: της ποιότητα των υμενίων του ποσοστού οξειδίου του γραφενίου στους φωτονικούς κρυστάλλους TiO2 της θέσης του φωτονικού χάσματος.

Ευχαριστώ πολύ για την προσοχή σας!!