Photocatalytic Activities of Metal Nanoparticles for Renewable Energy Sources

Abstract

In chapter Ⅰ, cadmium sulfide (CdS) nanoparticles are used as photocatalyst. Each CdS sample was synthesized in aqueous solution at different temperatures (room temperature and 80 °C) by one-pot synthesis. CdS nanoparticles were characterized by different techniques (TEM, EDS, XRD, XPS, and BET), including UV-vis DRS for calculating bandgap. The bandgap of CdS synthesized at room temperature and 80 °C was 2.61 eV and 2.66 eV, which is larger than general CdS (2.4 eV). Photocatalytic activities of CdS nanoparticles were conducted under visible-light irradiation using 420 nm cut-off filter for nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) regeneration and CO2 reduction. The electrons from photoexcited CdS transferred to NAD+ as cofactor and generated at most 70 % of NADH within 20 min. Furthermore, the reduction of CO2 was carried out by converting into formate. Among CdS samples, the one synthesized at 80 °C shows the highest photocatalytic activities. In chapter Ⅱ, platinum decorated gold nanorods coating with ceria are used as catalyst. Ceria coating was conducted in two different ways. One is endcapping coating and the other is coreshell coating. The effect of different types of ceria coating was examined by hydrogen evolution reaction with eosin Y as dye-sensitizer under visible light (λ ≥ 420 nm). Without platinum decorating, gold nanorod-ceria coreshell nanostructures showed better efficiency but with platinum decorating, gold nanorod-ceria end-capping nanostructures showed better efficiency. Furthermore, chemical catalytic activity of platinum decorated gold nanorods coating with ceria was examined by degradation of 4-nitrophenol.;제 1장에서, CdS 나노입자가 광촉매로 사용하였다. 각각의 CdS 나노입자는 one-pot 합성 방법을 통해 다른 온도(실온과 80 °C)의 수용액 상에서 합성하였다. CdS 나노입자들은 bandgap 계산을 위한 UV-vis DRS를 포함하여 다양한 분석 기기(TEM., EDS, XRD, XPS, 그리고 BET)를 통해 정의되었다. 실온에서 합성된 CdS와 80 °C에서 합성된 CdS의 bandgap은 각각 2.61 eV와 2.66 eV로, 일반적인 CdS의 bandgap (2.4 eV)보다 높은 값을 보였다. CdS 나노입자의 광촉매적 역할은 420 nm cut-off 필터를 사용한 빛에서 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 (NADH) 생성과 이산화탄소 환원 반응을 통해 확인하였다. 빛으로 들뜬 CdS의 전자들이 조효소인 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NAD+)로 이동하여 20분 내에 최대 70%의 NADH를 생성하였다. 추가적으로 이산화탄소 전환에서는 포름산 (formate)로 전환되었다. CdS 나노입자 중에서, 80 °C에서 합성된 CdS가 가장 좋은 광촉매적 활동성을 보였다. 제 2장에서, 금 나노막대에 세리아(ceria)와 백금(Pt)이 부착된 물질이 광촉매로 활용되었다. Ceria는 두 가지 방식으로 합성되었다. 하나는 end-capping 방식이고 다른 하나는 coreshell 방식이었다. 서로 다른 ceria의 코팅 방식의 효과는 420 nm 이상의 가시광 영역에서 dye-sensitizer로 eosin Y를 이용하여 연구되었다. Pt가 없는 나노물질에서는 ceria가 coreshell 형태로 부착된 물질이 더 나은 효율을 보였고 Pt가 부착된 나노물질에서는 ceria가 endcapping 형태로 부착된 물질이 더 나은 효율을 보였다. 추가적으로 4-nitrophenol의 화학적 분해 실험을 통해 촉매적 활성을 연구하였다.