The thesis work focused on the analysis of photocatalytic hydrogen production from various perovskites in order to identify differences in their activity. The only active perovskite was found to be La₀.₆Ca₀.₄(MnFeCoNi)₀.₂₅O₃, which was therefore selected for the formation of composites with TiO₂ and g-C₃N₄. The first part of the work focused on analyzing composites between the active perovskite and TiO₂. The screening showed limited hydrogen production, and only for low percentages of perovskite. Subsequently, composites between perovskite and g-C₃N₄ were screened. Several samples containing different amounts of perovskite were analyzed. In general, an increase in photocatalytic activity was observed at low perovskite concentrations, reaching a maximum in the composite containing 0.5% perovskite. This increase then decreased with higher perovskite content. The composite with the highest hydrogen production was analyzed in detail to assess its behavior with respect to the main variables involved in the photocatalytic process. First, the operating temperature was lowered from 65°C to 35°C to approach more sustainable conditions, closer to typical summer ambient temperatures. The results were very promising, as no decrease in hydrogen production photocatalytic activity was observed. Subsequently, analysis was carried out in different biomasses. In addition to TEOA%, which was used during the screening, tests were also conducted in 0.1 M glucose and 0.1 M ethanol solutions, representing two real and green biomasses. The analysis concluded that the best performance was observed in TEOA%, followed by ethanol, and finally glucose. The samples were also analyzed using half the amount of catalyst (0.5 g/L), still showing hydrogen activity similar to that observed at the standard catalyst concentration (1 g/L) for each biomass. Tests were carried out both in the presence and absence of Pt to evaluate the effect of the co-catalyst.

Il lavoro di tesi si è concentrato sull’analisi della produzione di idrogeno fotocatalitico di diverse perovskiti al fine di identificarne delle differenze di attività. L’unica perovskite attiva è risultata essere La0.6Ca0.4(MnFeCoNi)0.25O3 ed è quindi stata selezionata per la formazione di compositi con TiO2 e con g-C3N4. La prima parte del lavoro si è concentrata sull’analisi di compositi tra la perovskite attiva e il TiO2. Lo screening ha evidenziato una produzione di idrogeno limitata e solo per basse percentuali di perovskite. Successivamente è stato effettuato lo screening dei compositi tra perovskite e g-C3N4. Dei compositi con g-C3N4 sono stati analizzati diversi campioni contenenti differenti quantità di perovskite. In linea generale è stato osservato un incremento di attività fotocatalitica per basse concentrazioni di perovskite che ha avuto il suo massimo nel composito con lo 0.5% di perovskite. Tale incremento è poi diminuito al crescere della componente di perovskite. Il composito avente la maggior produzione di idrogeno, è stato analizzato nel dettaglio al fine di osservare il suo comportamento in funzione delle principali variabili coinvolte nel processo fotocatalitico. Innanzitutto, la temperatura di analisi è stata abbassata da 65° C a 35° C al fine di avvicinarsi a condizioni più sostenibili in quanto vicine alla temperatura ambiente estiva. I risultati ottenuti sono stati molto promettenti in quanto non è stata osservata una diminuzione dell’attività fotocatalitica di produzione di idrogeno. Successivamente, è stata effettuata l’analisi in differenti biomasse. Oltre alla TEOA%, usata per lo screening, sono state effettuate delle prove anche in una soluzione di glucosio 0.1 M e di etanolo 0.1 M in rappresentanza di due biomasse reali e green. Dall’analisi si è concluso che le prestazioni migliori si osservano in TEOA%, seguita da etanolo e infine glucosio. I campioni sono stati analizzati anche dimezzando la quantità di catalizzatore (0.5 g/L) osservando comunque un’attività di idrogeno analoga alle rispettive concentrazioni standard di catalizzatore (1 g/L) per ciascuna biomassa. Le prove sono state effettuate in presenta e assenza di Pt al fine di valutare l’effetto del co-catalizzatore.

Compositi di perovskite con TiO2 e con g-C3N4 come catalizzatori per la fotogenerazione di idrogeno

FEBBRONI, CAMILLA
2024/2025

Abstract

The thesis work focused on the analysis of photocatalytic hydrogen production from various perovskites in order to identify differences in their activity. The only active perovskite was found to be La₀.₆Ca₀.₄(MnFeCoNi)₀.₂₅O₃, which was therefore selected for the formation of composites with TiO₂ and g-C₃N₄. The first part of the work focused on analyzing composites between the active perovskite and TiO₂. The screening showed limited hydrogen production, and only for low percentages of perovskite. Subsequently, composites between perovskite and g-C₃N₄ were screened. Several samples containing different amounts of perovskite were analyzed. In general, an increase in photocatalytic activity was observed at low perovskite concentrations, reaching a maximum in the composite containing 0.5% perovskite. This increase then decreased with higher perovskite content. The composite with the highest hydrogen production was analyzed in detail to assess its behavior with respect to the main variables involved in the photocatalytic process. First, the operating temperature was lowered from 65°C to 35°C to approach more sustainable conditions, closer to typical summer ambient temperatures. The results were very promising, as no decrease in hydrogen production photocatalytic activity was observed. Subsequently, analysis was carried out in different biomasses. In addition to TEOA%, which was used during the screening, tests were also conducted in 0.1 M glucose and 0.1 M ethanol solutions, representing two real and green biomasses. The analysis concluded that the best performance was observed in TEOA%, followed by ethanol, and finally glucose. The samples were also analyzed using half the amount of catalyst (0.5 g/L), still showing hydrogen activity similar to that observed at the standard catalyst concentration (1 g/L) for each biomass. Tests were carried out both in the presence and absence of Pt to evaluate the effect of the co-catalyst.
2024
Perovskite composites with TiO2 and g-C3N4 as catalysts for hydrogen photogeneration
Il lavoro di tesi si è concentrato sull’analisi della produzione di idrogeno fotocatalitico di diverse perovskiti al fine di identificarne delle differenze di attività. L’unica perovskite attiva è risultata essere La0.6Ca0.4(MnFeCoNi)0.25O3 ed è quindi stata selezionata per la formazione di compositi con TiO2 e con g-C3N4. La prima parte del lavoro si è concentrata sull’analisi di compositi tra la perovskite attiva e il TiO2. Lo screening ha evidenziato una produzione di idrogeno limitata e solo per basse percentuali di perovskite. Successivamente è stato effettuato lo screening dei compositi tra perovskite e g-C3N4. Dei compositi con g-C3N4 sono stati analizzati diversi campioni contenenti differenti quantità di perovskite. In linea generale è stato osservato un incremento di attività fotocatalitica per basse concentrazioni di perovskite che ha avuto il suo massimo nel composito con lo 0.5% di perovskite. Tale incremento è poi diminuito al crescere della componente di perovskite. Il composito avente la maggior produzione di idrogeno, è stato analizzato nel dettaglio al fine di osservare il suo comportamento in funzione delle principali variabili coinvolte nel processo fotocatalitico. Innanzitutto, la temperatura di analisi è stata abbassata da 65° C a 35° C al fine di avvicinarsi a condizioni più sostenibili in quanto vicine alla temperatura ambiente estiva. I risultati ottenuti sono stati molto promettenti in quanto non è stata osservata una diminuzione dell’attività fotocatalitica di produzione di idrogeno. Successivamente, è stata effettuata l’analisi in differenti biomasse. Oltre alla TEOA%, usata per lo screening, sono state effettuate delle prove anche in una soluzione di glucosio 0.1 M e di etanolo 0.1 M in rappresentanza di due biomasse reali e green. Dall’analisi si è concluso che le prestazioni migliori si osservano in TEOA%, seguita da etanolo e infine glucosio. I campioni sono stati analizzati anche dimezzando la quantità di catalizzatore (0.5 g/L) osservando comunque un’attività di idrogeno analoga alle rispettive concentrazioni standard di catalizzatore (1 g/L) per ciascuna biomassa. Le prove sono state effettuate in presenta e assenza di Pt al fine di valutare l’effetto del co-catalizzatore.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.14239/29704