Development of photoelectrocatalysis technique for hydrogen production from organic dye degradation

โดย ภัทรานิตฐ์ ทองเทพ

ปี 2558

บทคัดย่อ (Abstract)

วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้เพื่อพัฒนาเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลซีสสำหรับผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากกระบวนการกำจัดสีย้อมอินทรีย์ด้วยขั้วไฟฟ้าสารกึ่งตัวนำ 2 ชนิด ที่ทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าแอโนดและขั้วไฟฟ้าแคโทดภายใต้การเร่งปฏิกิริยาการทำงานด้วยแสงและค่าศักย์ไฟฟ้า การทดลองแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน คือ

ขั้นตอนที่หนึ่ง เป็นการพัฒนาเทคนิค Cyclic Voltammetry Deposition (CVD) สำหรับเตรียมขั้วไฟฟ้าสารกึ่งตัวนำ Cu[subscript2]O ลงบนกระจกนำไฟฟ้า Fluorine doped Tin Oxide (FTO) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตก๊าซไฮโดรเจน พร้อมทั้งทำการทดสอบสมบัติต่างๆ ของขั้วไฟฟ้า FTO/Cu[subscript2]O ทั้งด้านกายภาพ การตอบสนองต่อแสง สัณฐานวิทยา โครงสร้างผลึกและสมบัติโฟโตอิเล็กโตร คะตะไลซีสสำหรับการผลิตก๊าซไฮโดรเจน ขั้นตอนที่สอง คือ การศึกษาการเตรียมขั้วไฟฟ้าสารกึ่งตัวนำ FTO/WO3/BiVO4 สำหรับกําจัดสีย้อมอินทรีย์ โดยเลือกเมทิลีนบูล (Methylene blue ; MB) ที่ความเข้มข้น 5 มิลลิกรัมต่อลิตร เป็นตัวแทนของสีย้อมอินทรีย์ ขั้นตอนสุดท้าย คือ การศึกษาการทำงานร่วมกันระหว่างขั้วไฟฟ้า FTO/Cu2O และขั้วไฟฟ้า FTO/WO[subscript3]/BiVO[subscript4] สำหรับผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากกระบวนการกำจัดสีย้อมอินทรีย์ภายใต้สภาวะการเร่งด้วยค่าศักย์ไฟฟ้าและแสงวิสิเบิล

ผลจากการทดลองพบว่า สภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมขั้วไฟฟ้า FTO/Cu[subscript2]O สำหรับผลิตก๊าซไฮโดรเจน โดยใช้เทคนิค Cyclic Voltammetry Deposition (CVD) คือ ค่าศักย์ไฟฟ้าในช่วง -0.5 โวลต์ ถึง 0.5 โวลต์เทียบกับ Ag/AgCl ที่ค่า Scan rate 50 มิลลิโวลต์ต่อวินาที จำนวน 20 รอบ และอุณหภูมิของสารละลายอิเล็กโตรไลท์ที่ 55 องศาเซลเซียส โดยไม่ต้องปรับค่า pH ขั้วไฟฟ้า FTO/Cu[subscript2]O ที่เตรียมได้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตก๊าซไฮโดรเจนได้มากขึ้นภายใต้สภาวะเร่งด้วยแสงวิสิเบิล นอกจากนี้สามารถเตรียมขั้วไฟฟ้า FTO/WO[subscript3]/BiVO[subscript4] ที่มีประสิ ทธิภาพสูงแสดงสมบัติโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลซีสสำหรับการกำจัดสีย้อมอินทรีย์ได้เป็นอย่างดี ที่สำคัญคือการทำงานร่วมกันของขั้วไฟฟ้าทั้ง 2 ชนิด สามารถกำจัดสีย้อมอินทรีย์ได้ถึง 95 เปอร์เซ็นต์ สภาวะที่เหมาะสมในการกำจัดสีย้อมอินทรีย์ คือ ใช้ค่าศักย์ไฟฟ้าที่ 0.4 โวลต์เทียบกับ Ag/AgCl ภายใต้สภาวะแสงวิสิเบิล 75 วัตต์ โดยไม่ต้องปรับค่า pH ภายในเวลา 150 นาที และสามารถผลิตก๊าซไฮโดรเจนได้ถึง 95 ไมโครลิตรต่อนาที

This research aims to develop the use of Photoelectrocatalysis (PEC) technique to produce hydrogen gas from organic dye degradation. The electrodes utilized in this study were divided into anode electrode and cathode electrode and further subjected under the catalytic condition of applied potential and visible irradiation. The study was categorized into three parts as follows:

The first part was the Cyclic Voltammetry Deposition (CVD) technique essential for the preparation of Cu[subscript2]O deposition on F-doped Tin Oxide glass (FTO) to enhance the hydrogen production efficiency. The FTO/Cu[subscript2]O electrode was characterized in either of physical properties, photo-responds, morphology, crystalline structure or photoelectrocatalytic activity for hydrogen production. The second part was the preparation of FTO/WO[subscript3]/BiVO[subscript4] electrode intended for organic dye degradation. Methylene blue (MB) at 5 mg/L was used as organic dye sample. The final part was incorporation of FTO/Cu[subscript2]O electrode and FTO/WO3/BiVO4 electrode for hydrogen production from organic dye degradation under catalytic condition of applied potential and visible irradiation.

The results of this study showed that the optimum condition for FTO/Cu[subscript2]O electrode from hydrogen production to fabrication by Cyclic Voltammetry Deposition (CVD) technique has applied potential range of -0.5 V to 0.5 V vs. Ag/AgCl, scan rate of 50 mV/s for 20 cycles and temperature level of electrolyte at 55oC without adjusted pH value. The FTO/Cu[subscript2]O electrode can be enhanced by hydrogen production of photoelectrocatalytic activity under visible light. Moreover, the FTO/WO[subscript3]/BiVO[subscript4] electrode showed high efficiency of photoelectrocatalytic activity for MB degradation. Finally, the collaboration of two electrodes can be degraded into methylene blue (MB) up to 95 % with applied potential of 0.4 V vs. Ag/AgCl under visible irradiation 75 W without the adjusted pH value for 150 min and was able to generate hydrogen of 95 μL/min.

Download : การพัฒนาเทคนิคโฟโตอิเล็กโตรคะตะไลซีสเพื่อผลิตก๊าซไฮโดรเจนจากกระบวนการกำจัดสีย้อมอินทรีย์