caratterizzazione superficiale e attività fotocatalitica di nanoparticelle di TiO2

By combining FTIR spectroscopy with UV-NIR diffuse reflectance spectroscopy, different samples of TiO2 nanoparticles have been studied, in order to obtain a detailed surface characterization. The measurements have been carried out using probe molecules (e.g. CO, H2O) adsorbed at 100 K and at 298 K, which are extremely powerful to investigate the surface structure of particles of a given morphology. The aim of the work was focused on trying to establish a relation among surface structure, known morphology and IR spectra, so that it could be possible to use FTIR as a routine technique to detect the available surface active sites on a specified morphology sample. In combination with this study, the process occurring at the TiO2 surface during photocatalytic reactions has also been investigated, by the development of a set-up which allows to acquire FTIR spectra in transmission mode while simultaneously irradiating the sample with a UV-VIS source. This innovative technique was tested studying the photodegradation of model organic compounds (e.g. phenol, methylene blue) occurring on TiO2 surfaces, noticing the reaction intermediates through the FTIR spectra. This leads us to a better understanding of the different properties of TiO2 surface, connected with variations in surface shapes and nanoparticles morphologies.

La combinazione di differenti tecniche spettroscopiche, in trasmissione (FTIR) e in riflettanza diffusa (UV-NIR DR), ha permesso lo studio di diversi campioni di TiO2 nanostrutturato con lo scopo di caratterizzarne la struttura superficiale. Le misure sono state effettuate utilizzando molecole sonda quali CO e H2O, che sono particolarmente efficaci per lo studio della struttura superficiale di nano particelle a morfologia nota, adsorbite a 100K e a 298 K. Il lavoro si è concentrato sulla correlazione esistente tra struttura superficiale, morfologia delle particelle e spettro IR, così da utilizzare la tecnica FTIR come analisi di routine per la valutazione dei siti attivi superficiali presenti su un campione con una determinata morfologia. In associazione all'analisi dei siti attivi superficiali è stato anche valutato quanto avviene sulla superficie del TiO2 durante l'attività fotocatalitica, tramite misure FTIR in trasmissione, irradiando il campione in-situ con una lampada a sorgente UV-VIS. Questa tecnica innovativa è stata testata attraverso lo studio della fotodegradazione di molecole organiche modello (es. fenolo, blu di metilene) che avviene sulla superficie dell'ossido, cercando in particolar modo di rilevare gli intermedi di reazione attraverso la misura infrarossa. Il lavoro svolto ha quindi portato a una migliore comprensione delle diverse proprietà superficiali del TiO2, correlate a differenze nella struttura superficiale e alla dissimile morfologia delle nanoperticelle.