o:36938 Dobijanje vodonika fotokatalitičkim razlaganjem vode korišćenjem dopiranih titanatnih nanokatalizatora doktorska disertacija Photocatalytic hydrogen production via water splitting using doped titanate nanocatalysts : doctoral dissertation sr Cilj ove doktorske disertacije bio je sinteza katalitičkih materijala na bazi titanatnih idopiranih titanatnih nanokatalizatora i ispitivanje njihove primene u proizvodnji vodonikafotokatalitičkim razlaganjem vode. Prekursori katalizatora su sintetisani hidrotermalnom sintezom,nakon čega je izvršeno dopiranje nemetalima (azot ili ugljenik), i metalima (nikl ili platina).Pomoću temperaturno-programirane redukcije (TPR) je obezbeđena potpuna redukcija metalnihvrsta, pri čemu su dobijeni finalni katalizatori. Strukturna, morfološka, teksturalna, hemijska ioptička svojstva sintetisanih katalizatora okarakterisana su primenom različitih fizičko-hemijskihmetoda kao što su: rendgensko-difrakciona analiza (XRD), skenirajuća elektronska mikroskopija(SEM), transmisiono-elektronska mikroskopija u režimu skenirajuće transmisije (STEM),niskotemperaturna fizisorpcija N2, fotoelektronska spektroskopija X-zracima (XPS),difuziono-refleksiona spektroskopija (DRS), infracrvena spektroskopija sa Furijeovomtransformacijom u režimu difuzione refleksije (DRIFTS), temperaturno-programirana redukcija idesorpcija (TPRD). Takođe su postavljeni dodatni ciljevi: utvrđivanje reakcionog mehanizmafotokatalitičkog razlaganja vode uz upotrebu različitih alkohola kao žrtvenog agensa (engl.sacrificial agent) i parametra koji utiču na deaktivaciju katalizatora. Izvršena je optimizacija sintezekako bi se dizajnirala svojstva katalizatora koje doprinose većoj efikasnosti u proizvodnji vodonikana sledeći način kroz ispitivanje (i) uticaja jonske izmene, (ii) uticaja sadržaja nikla, (iii) uticajatemperature redukcije.Rezultati ispitivanja proizvodnje vodonika fotokatalitičkim razlaganjem vode su potvrdili dadopiranje niklom i platinom, kao i azotom, značajno poboljšava aktivnost katalizatora.Prevashodno, korišćenjem azot dopiranih titanatnih katalizatora sa metalnim ko-katalizatorimapostignuta je najveća efikasnost u proizvodnji vodonika, zahvaljujući smanjenoj rekombinacijielektron/šupljina, anatas kristalnoj strukturi kao i optimalnom sadržaju azota i natrijuma koji suprisutni u strukturi katalizatora. Ispitivanjem uticaja strukture alkohola na fotokatalitičkuproizvodnju vodonika potvrđeno je da dužina lanca alkohola utiče na brzinu reakciju. Potvrđeno jeda alkoholi sa kraćim lancem formiraju manji broj proizvoda i desorbuju se na nižimtemperaturama, čime ostavljaju reaktivna mesta dostupna za sledeći korak reakcije. Rezultatitemperaturno-programirane desorpcije sa masenom spektrometrijom (TPD-MS) su potvrdilipredloženi mehanizam dekompozicije alkohola na površini katalizatora, pružajući bolji uvid ureakcije fotokatalitičkog razlaganja vode. XPS rezultati su ukazali na parametre koji utiču nadeaktivaciju katalizatora, poput defekata u strukturi katalizatora i promenu oksidacionih stanjaplatine, ugljenika i titanijuma. U ovoj doktorskoj disertaciji korišćenjem jednostavne alkalnehidrotermalne metode sintetisani su titanatni katalizatori i njihovom daljom modifikacijom uspešnoprimenjeni u proizvodnji vodonika. Postignuto poboljšanje efikasnosti procesa fotokatalitičkograzlaganja vode ključni je faktor za razvoj održivih energetskih rešenja. The aim of this doctoral dissertation was to develop catalytic materials based on titanate anddoped titanate nanocatalysts and to evaluate their hydrogen production efficiency via photocatalyticwater splitting. The catalyst precursors were synthesized via hydrothermal synthesis, followed bydoping with non-metals (nitrogen or carbon) and metals (nickel or platinum). Complete reduction ofthe metal species was achieved using temperature-programmed reduction (TPR), resulting in thefinal catalysts. Structural, morphological, textural, chemical, and optical properties of thesynthesized catalysts were characterized by employing various physico-chemical methods such asX-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), scanning transmission electronmicroscopy (STEM), low-temperature nitrogen physisorption, X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), diffuse reflectance infrared Fourier transformspectroscopy (DRIFTS), and temperature-programmed reduction and decomposition (TPRD).Additionally, other objectives were: elucidation of the reaction mechanism of the photocatalyticwater splitting using different alcohols as sacrificial agents, and uncovering the parameters affectingthe deactivation of the catalysts. The synthesis optimization was conducted to design the highlyefficient catalysts for hydrogen production by varying following parameters: (i) ion exchange,(ii) different nickel content, (iii) different reduction temperature.The results of evaluation of hydrogen production through photocatalytic water splittingconfirmed that doping with nickel and platinum, as well as nitrogen, significantly enhanced theactivity of the catalysts. Notably, using the nitrogen doped titanate catalyst with metal co-catalystachieved the highest efficiency in hydrogen production due to the reduced electron-holerecombination, anatase crystal structure, and optimal content of nitrogen and sodium in the catalyststructure. The evaluation of alcohol structure on photocatalytic hydrogen production confirmed thatthe alcohol chain length influences the reaction rate. Alcohols with shorter chains form fewerproducts and desorb at lower temperatures, thereby leaving reactive sites available for the nextreaction step. Temperature-programmed desorption with mass spectrometry (TPD-MS) resultsfurther confirmed the decomposition mechanism of alcohols on the catalyst surface, providingbetter insight into the reactions of photocatalytic water splitting. The XPS results indicated theparameters influencing catalyst deactivation, such as defects in the catalyst structure and theoxidation states of platinum, carbon, and titanium. This doctoral dissertation demonstrated thatsimple alkaline hydrothermal synthesis can yield titanate catalysts, which can be further modifiedand successfully used for photocatalytic hydrogen production. This enhancement of the efficiencyof the photocatalytic water splitting process is a key factor for the development of sustainableenergy solutions. Hemija - Analitička hemija / Chemistry - Analytical Chemistry Datum odbrane: 14.02.2025. fotokataliza, razlaganje vode, proizvodnja vodonika, TiO2, titanati, nikl, platina. photocatalysis, water splitting, hydrogen production, TiO2, titanate, nickel, platinum. 91552100 178778633 91552101 9961 2025-11-03T15:18:58.053Z 45 no 46 Hristina, 1992- Šalipur 130358537 2025 63 mentor Dragan, 1961- Manojlović 12573287 2025 63 mentor Davor, 1971- Lončarević 103579145 2025 63 član komisije Goran, 1964- Roglić 12672871 2025 63 član komisije Dalibor, 1985- Stanković 64246281 2025 63 član komisije Jasmina, 1979- Dostanić 117017353 2025 115 str. 7258276 http://phaidrabg.bg.ac.rs/o:36938 no yes 12 2025-11-03T15:18:58.320Z 70 11 1066775 1066781 1066782 fotokataliza, razlaganje vode, proizvodnja vodonika, TiO2, titanati, nikl, platina. photocatalysis, water splitting, hydrogen production, TiO2, titanate, nickel, platinum.Scientific field: Chemistry 543.4:544.478.1(043.3) 1738 11A19 2025