Fizikai kémia és elméleti kémia (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
50 %
Ortelius tudományág: Elektrokémia
Anyagtudomány és Technológia (kémia) (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
50 %
zsűri
Kémia 1
Kutatóhely
Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék (Szegedi Tudományegyetem)
projekt kezdete
2012-09-01
projekt vége
2014-06-30
aktuális összeg (MFt)
18.496
FTE (kutatóév egyenérték)
1.28
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A jövőt érintő energiaproblémák arra ösztönzik a kutatókat, hogy olyan környezetbarát eljárásokat találjanak, amelyekkel a hagyományos és kimerülőben lévő energiaforrások kiválthatók lennének. Ezen aktuális irányok egyike a napenergia felhasználással működő fotoelektrokémiai cellák kifejlesztése, melyekben számos félvezető oxidot (pl. TiO2, ZnO) próbáltak már ki ígéretes eredménnyel. Napjainkban ezen anyagok más kémiai anyaggal való kombinációjának, kompozitjainak előállítása, és belőlük nanostruktúrák kialakítására jut nagyobb figyelem. Jelen pályázat célja is ez, nevezetesen a félvezető-oxidokat a vezető polimerekkel kombinálva, jobb fotokatalitikus tulajdonságokkal rendelkező kompozitokat állítsunk elő elektrokémiai úton. A rendelkezésünkre álló módszerekkel (elektrokémia, UV-VIS-NIR, EQCM, SEM, EDX) jellemezzük a polimereket, a félvezető oxidot és kompozitjaikat.
A program során a kutatóhely a kontrollált oxigén- és nedvességtartalmú légkört biztosító szárazfülke szakszerű használatához fontos oxigénszenzorhoz és oxigénmentesítő egységhez, valamint a szárazfülkébe tehető kis méretű potencio/galvanosztáthoz jutna infrastrukturális fejlesztésként. A pályázat témája lehet egy-egy hallgató projekt-, diplomamunkájának. A munkaterv eredményeiből évi 1-2 referált, nemzetközi folyóiratban való publikáció várható, és amelyekről nemzetközi konferenciákon szeretnék beszámolni.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A pályázat célkitűzései között szerepel, hogy a fotoelektrokémiai alkalmazásokhoz a meglévő anyagoknál kedvezőbb tulajdonságú anyagok szintézisét és jellemzését végezzük el, nevezetesen a félvezető-oxidokat (pl. ZnO) a vezető polimerekkel (polipirrol- és politiofénszármazékok) kombinálva, jobb fotokatalitikus tulajdonságokkal rendelkező kompozitokat állítsunk elő elektrokémiai úton.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A pályázat témájában előforduló vezető polimerek olcsó, nagyobb mennyiségben és szinte tetszőleges szubsztrátra leválasztható, vezető tulajdonságú anyagok. Színük, így optikai tulajdonságaik hangolhatók, párhuzamosan elektrokémiai tulajdonságaikkal. Számos publikáció található már arról is, hogy már rutinszerűen előállíthatók nanoléptékben polimerstruktúrák. Kidolgozzuk a félvezető oxid és a vezető polimer elektrokémiai szintézisének körülményeit és jellemezzük az előálló anyagok spektrális (UV-VIS-NIR) és elektrokémiai tulajdonságait, külön-külön és a kompozitban is. Elvégezzük az új anyagi minőség anyagtudományi területen elvárható módszerekkel történő jellemzését (FTIR/ATR, SEM, TEM, EDX).
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. Egyes becslések szerint az emberiség energiaigénye 2035-re 50%-kal lesz nagyobb, mint 2007-ben volt. Ezek a közeli jövőt érintő energiaproblémák arra ösztönzik a kutatókat, hogy olyan környezetbarát eljárásokat találjanak, amelyekkel a hagyományos és kimerülőben lévő energiaforrások kiválthatók lennének. Ezen aktuális "zöld" irányok egyike a napenergia felhasználással működő fotoelektrokémiai cellák kifejlesztése, melyekben számos félvezető oxidot (pl. TiO2, ZnO) próbáltak már ki ígéretes eredménnyel. A tökéletes megoldás megtalálása még várat magára, hiszen ezen klasszikusnak számító anyagok egyelőre kis hatékonysággal működnek, nem biztosítva azt az energiasűrűséget, amelyet a gyakorlati alkalmazások igényelnek. Munkánk során megpróbálunk olyan új, vezetőpolimer alapú összetett anyagokat előállítani, amelyek eséllyel helyettesíthetik a meglévő anyagokat vagy legalábbis javíthatják tulajdonságaikat, felhasználhatók hatékonyabb cellák működtetéséhez.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Researchers, among them electrochemists too, are inspired to find alternative („green”) procedures for solving the problems with the source of energy predicted for the future. One of these trends is the development of photoelectrochemical solar cells, in which numerous promising semiconductors have been tried. Nowadays, in the focus of the researches are the special composites of semiconducting oxides. The aim of this project is to combine the nanostructured semiconducting oxides and CPs together, in order to achieve their composites with better photoactivity. We are going to characterize the polymers, the semiconducting oxides, as well as their composites by various techniques (electrochemistry, UV-VIS-NIR, EQCM, SEM, EDX). During the realization of the research program the group could use an existing dry box ensuring controlled atmosphere of oxygen and moisture level for non-aqueous applications. We are going to acquire a new small potentio/galvanostat unit into dry box for electrochemical applications. According to the plans graduate students will be involved in the project. The results obtained could be incorporated into their project-, diploma work. On the basis of the results 1-2 papers per year could be submitted and they are planned to be presented at international conferences as well.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The aim of present proposal is to combine the semiconducting oxides (e.g. ZnO) and CPs (e.g. polypyrrole and polythiophene or substituted derivatives) together by electrodeposition, in order to achieve their composites with better photoactivity. We are going to characterize the polymers, the semiconducting oxides, as well as their composites by various techniques.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Conducting polymers can be produced at low price, in large amount, their band gap is more appropriate and tunable (1.5-3 eV). Due to their high molar absorbances, their thin layers show intensive absorption in the visible range. Since their electrochemical, optical properties can be easily controlled by the conditions of the synthesis, there are possibilities for the improvement of the photoactivity. Within the confines of the proposal, we are going to optimize the synthesis conditions of polymers, inorganic oxide and their composites. We are going to give a complete characterization of the new materials (FTIR/ATR, SEM, TEM, EDX).
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. According to studies, the world's total energy consumption will rise by approx. 50% between 2007 and 2035. Because of these problems, the researchers, among them electrochemists too, are inspired to find alternative („green”) procedures for solving the problems with the source of energy predicted for the future. One of these trends is the development of photoelectrochemical solar cells, in which numerous promising semiconductors (e.g. TiO2, ZnO) have been tried. However, the large scale practical application of the semiconductors in photoelectrochemical cells is lagged behind the expectations because of the poor efficiency and small density of energy needed by the real applications. We hope, that the oxides and their nanocomposites with an appropriately chosen CPs may offer new opportunities for realization of photoelectrochemical process.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Az OTKA kutatási pályázat 2 éves időtartama alatt a vezető polimer/ZnO hibridek előállítását és jellemzését valósítottuk meg. Elsőként a vezető polimerek szintéziskörülményit optimáltuk különböző monomerek felhasználásával, majd emellett elvégeztük a szervetlen félvezető komponens, a ZnO nanostruktúráinak előállítását és tulajdonságainak jellemzését is (SEM-EDX, XRD), mivel a félvezető oxid morfológiájának döntő szerepe van a fotovoltaikus tulajdonságokban is. A következő fázisban sikeresen állítottunk elő ZnO nanooszlopokra rögzített vezető polimerréteget, és az így előálló hibridet jellemeztük fotoelektrokémiai vizsgálatokkal kiegészítve. A ZnO nanstruktúrák esetén polimerréteg nélkül szignifikáns fotokorróziót észleltünk, mely sikeresen elkerülhető volt polipirrol (PPy), poli(etiléndioxi)pirrol (PEDOP) és poli(etiléndioxi)tiofén (PEDOT) polimerekkel való kombinálással, melyek közül is a PEDOT réteg bizonyult a leghatékonyabbnak, s amellyel a fotokorrózó elkerülhető volt a fotoelektrokatalitikus tulajdonságok megtartása mellett.
kutatási eredmények (angolul)
During the two-year period of the OTKA proposal the optimization of the synthesis of conducting polymer layers from different monomer solution was carried out. Beside the polymer depositions, the synthesis of nanostructured ZnO has also been studied and optimized. The role of the nanostructured metal oxide electrode was crucial, as its morphology determined many physical processes that control the overall photovoltaic performance. Nanostructured ZnO rods were successfully synthesized and characterized by SEM-EDX and XRD. During the second year the work on the ZnO/conducting polymer composite synthesis has been carried out and photoelectrochemical characterization of the hybrids has been finished. During photoelectrochemical studies of bare ZnO, significant decomposition of the oxide under UV illumination (photocorrosion) has been detected, which could be avoided successfully using conducting polymers. The structural, optical, and electrochemical properties of ZnO nanorod arrays and their hybrids with PPy, PEDOT and PEDOP polymers were investigated. More effective protection of PEDOP was evidenced in comparison with PPy and PEDOT, since the optimal performance was obtained by a thinner film, balancing properly between photoelectrocatalytic effect and protection against photocorrosion.
Endrődi Balázs, Kormányos Attila, Bencsik Gábor, Peintler-Kriván Emese, Janáky Csaba és Visy Csaba: Mágneses nanorészecske tartalmú vezető polimer nanokompozitok előállítása és jellemzése, Magyar Kémiai Folyóirat (közlésre elfogadva), 2014
Emese Peintler Krivan, Ditta Ungor, Csaba Visy: ZnO nanostruktúrák és vezető polimerekkel alkotott kompozitjaik előállítása, jellemzése, XXXVI. Kémiai Előadói Napok, 29 October, 2013, Szeged, ISBN: 978-963-315-145-7, 2013
Ungor Ditta: ZnO nanostruktúrák és vezető polimerekkel alkotott kompozitjaik előállítása, jellemzése, Szegedi Tudományegyetem, Egyetemi Könyvtár, 2014
Emese Peintler-Kriván, Ditta Ungor, Balázs Endrődi, Zoltán Németh, Csaba Visy: Synthesis and Characterization of Nanostructured ZnO/Conducting Polymer Composites for Photovoltaic Applications, Abstract book, s06-038, 2013
