Μελέτη φωτοκαταλυτικών/ηλεκτροκαταλυτικών συστημάτων κβαντικών τελειών άνθρακα και μοριακών καταλυτών S, Se, για παραγωγή υδρογόνου και αποικοδόμηση ρύπων

Abstract

This doctoral dissertation focuses on the development and investigation of photocatalytic and electrocatalytic systems based on carbon quantum dots and nickel based molecular catalysts incorporating mainly dithiolene and diselenolene containing ligands, toward hydrogen evolution reaction (HER) and organic pollutant degradation. The main objective of this work is to explore efficient and environmentally friendly catalytic platforms for sustainable energy and environmental applications. Initially, a series of Ni(II) molecular complexes bearing noninnocent ligands were synthesized and thoroughly characterized using spectroscopic, structural, and electrochemical techniques. In parallel, carbon quantum dots and carbon-based TiO nanocomposites with enhanced visible light absorption were prepared and investigated. Subsequently, their photocatalytic and electrocatalytic performance towards hydrogen evolution under visible-light irradiation and electrochemical conditions was systematically evaluated, along with their efficiency in the photocatalytic degradation of organic dyes in aqueous media. The influence of ligand structure, catalyst architecture, photosensitizer type, and experimental parameters on catalytic activity was examined in detail. Stability and cytocompatibility studies were also conducted to assess the practical applicability of the developed materials.The results demonstrate that the proposed catalytic systems exhibit enhanced activity, high photostability, and satisfactory durability, highlighting their potential as alternatives to conventional catalysts. This work provides valuable insights

Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη και ανάπτυξη φωτοκαταλυτικών και ηλεκτροκαταλυτικών συστημάτων βασισμένων σε κβαντικές τελείες άνθρακα και μοριακούς καταλύτες νικελίου κυρίως με διθειολενικούς και δισεληνολενικούς υποκαταστάτες, με στόχο την παραγωγή υδρογόνου και την αποικοδόμηση οργανικών ρύπων. Σκοπός της εργασίας είναι η διερεύνηση εναλλακτικών, αποδοτικών και περιβαλλοντικά φιλικών καταλυτικών συστημάτων για εφαρμογές σε βιώσιμες ενεργειακές και περιβαλλοντικές τεχνολογίες. Αρχικά, συντέθηκαν και χαρακτηρίστηκαν πλήρως σύμπλοκα Ni(II) με μη αθώους υποκαταστάτες χρησιμοποιώντας φασματοσκοπικές, δομικές και ηλεκτροχημικές τεχνικές χαρακτηρισμού. Παράλληλα, παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν κβαντικές τελείες άνθρακα και νανοσύνθετα υλικά άνθρακα/TiO με ενισχυμένη απορρόφηση στο ορατό φάσμα. Στη συνέχεια, αξιολογήθηκε η ηλεκτροκαταλυτική και φωτοκαταλυτική τους απόδοση στην αντίδραση παραγωγής υδρογόνου, υπό ορατό φως, καθώς και η φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση οργανικών χρωστικών σε υδατικά συστήματα. Μελετήθηκε συστηματικά η επίδραση της χημικής φύσης των υποκαταστατών, της δομής των καταλυτών, του φωτοευαισθητοποιητή και των πειραματικών συνθηκών στην καταλυτική συμπεριφορά. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκαν μελέτες σταθερότητας και βιοσυμβατότητας για την αξιολόγησητης πρακτικής εφαρμοσιμότητας των υλικών. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι τα αναπτυγμένα συστήματα παρουσιάζουν αυξημένη καταλυτική απόδοση, καλή φωτοσταθερότητα και ικανοποιητική ανθεκτικότητα, καθιστώντας τα υποσχόμενες εναλλακτικές λύσεις έναντι συμβατικών καταλυτών. Η εργασία συμβάλλει στην κατανόησητης σχέσης δομής, ιδιοτήτων και δραστικότητας σε μοριακά και νανοδομημένα καταλυτικά συστήματα και ανοίγει νέες προοπτικές για την ανάπτυξη βιώσιμων τεχνολογιών παραγωγής καθαρής ενέργειας και επεξεργασίας υγρών αποβλήτων.