Sviluppo di film di TiO2 tramite tecnica blade coating, per applicazioni foto-elettrochimiche

Photo-electrochemical water-splitting is one of the most promising technologies for the production of hydrogen by solar energy. In this thesis, a literature overview on the photo-anodes electronic properties and on the electrode production materials is presented. The study is focused on the preparation of electrodes based on TiO2, the most used material for photo-electrochemical applications, and its deposition on metallic titanium via doctor-blade technique. Afterwards, a preliminary analysis on the preparation of photo-electrode, based on TiO2 coated on FTO (Fluorine doped Tin Oxide), is also presented. After thermal treatment, all the samples were characterized by means of SEM and optical microscopy, to select the best preparation methodology. Some of the samples were tested as photo-electrode in a Photo Electrochemical Cell (PEC). The aims of this thesis were: • to prepare an optimized slurry, for blade-coating deposition technique, to deposit a coating of TiO2 powder; • to investigate the pre-treatment of the metallic titanium, the slurry viscosity and the thermal treatment of the wet layer, to obtain a TiO2 film with a good adhesion to the substrate and homogeneous surface without cracks; • to carry on a preliminary study regarding the TiO2 depositions on Fluorine doped Tin Oxide substrates, deposited via by doctor-blade technique; • To validate the samples activity in the photo-electrochemical water-splitting. The investigated TiO2/Ti systems were found to be active in photo-electrochemical water splitting, with conversion efficiency in the range 0.003 – 0.008 %. Otherwise, the TiO2/FTO samples were found to be inactive to the water splitting reaction.

Il water-splitting foto-elettrochimico è una delle tecnologie più promettenti per la produzione di idrogeno tramite energia solare. Nel seguente lavoro di tesi è stata presentata una panoramica della letteratura relativa alle proprietà elettroniche di foto-anodi ed ai materiali utilizzati per costruire l’elettrodo. Lo studio ha riguardato la preparazione di elettrodi a base di TiO2, il materiale più utilizzato in applicazioni foto-elettrochimiche, depositato su titanio metallico mediante tecnica blade coating. Successivamente è stata effettuata un’analisi preliminare della preparazione di foto-anodi costituiti da TiO2 depositato su FTO (Fluorine doped Tin Oxide). Tutti i campioni, a seguito del trattamento termico, sono stati caratterizzati tramite microscopia ottica e SEM, per selezionare la metodologia di preparazione migliore. Alcuni dei campioni preparati sono stati provati come foto-anodi in una cella foto-elettrochimica (PEC). Gli obiettivi del seguente lavoro di tesi sono stati: • preparare una sospensione per disperdere la TiO2 che fosse ottimale per depositare mediante tecnica blade coating; • studiare il pre-trattamento del titanio metallico, la viscosità della sospensione e il trattamento termico, al fine di ottenere film di TiO2 con una buona adesione al substrato e con una superficie uniforme e priva di fessurazione; • effettuare uno studio preliminare delle deposizioni di TiO2, realizzate su FTO mediante tecnica blade coating; • verificare l’attività dei campioni ottenuti tramite dei test foto-elettrochimici. I sistemi di TiO2 su titanio metallico sono risultati attivi per la reazione di water-splitting con efficienze di conversione nell’ intervallo 0.003 - 0.008 %. Invece, i sistemi a base di TiO2 su FTO non hanno mostrato attività durante i test foto-catalitici.