Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Graphene quantum dots as photocatalysts for organic dye degradation: Comparative study and insight into mechanism
KTH, School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Graphene quantum dots (GQDs) have recently emerged as a new type of carbon nanomaterial with promising photocatalytic activity to replace commercial photocatalyst TiO2 for organic dye degradation. However, research involving GQD photoactivity is still at its infancy and there is a lack of systematic procedures to assess their activity, rendering meaningless the comparison between reported GQD activities. In this scenario, the photoactivity of GQDs with different composition is systematically studied in this master thesis by evaluating their performance in the degradation of organic dyes.Four types of GQDs were successfully synthesized using three different synthetic routes, including top-down and bottom-up approaches. Each synthesis method yielded GQDs of different crystallinity (graphitic character), composition and functional groups, which resulted in distinct light absorbance and photoluminescence characteristics.Photocatalytic activity measurements under comparable conditions revealed enormous activity differences among GQDs, induced by the following factors inherent to each GQD type: ability to absorb visible-light, electrostatic interactions with dye molecule, formation of internal diode-like electronic structure and intrinsic reactive oxygen species (ROS) scavenging ability. By conducting photodegradation reactions with different dyes, it was observed that favorable electrostatic interactions are required to achieve dye degradation. In addition, it was proven that the nature of the irradiated light is not a crucial factor.Strong conclusions could not be drawn from the study of the photodegradation reaction mechanism, but it is suggested that dye degradation with GQDs might follow a complex reaction scheme where ROS and direct charge carrier transfer might be playing a role.This master thesis paves the way for the development of a reliable visible-light active photocatalyst that could potentially replace prevailing TiO2 catalysts for removing harmful organic pollutants from our wastewater.

Abstract [sv]

Grafenkvantpunkter (GQD) har nyligen uppstått som en ny typ av kolfanomaterial med lovande fotokatalytisk aktivitet för att ersätta kommersiell fotokatalysator TiO2 för organisk färgnedbrytning. Forskningen med GQD-fotoaktivitet är dock fortfarande i sin linda och det finns brist på systematiska förfaranden för att bedöma dess aktivitet, vilket gör jämförelsen mellan rapporterade GQD-aktiviteter meningslös. I detta scenario studeras fotoaktiviteten hos GQD med olika sammansättning systematiskt i detta masterarbete genom att utvärdera dess prestanda vid nedbrytning av organiska färgämnen.Fyra typer av GQDs syntetiserades framgångsrikt med tre olika syntetiska rutter, inklusive top-down och bottom-up-metoder. Varje syntesmetod gav GQD med olika kristallinitet (grafitisk karaktär), komposition och funktionella grupper, vilket resulterade i distinkt ljusabsorbans och fotoluminescensegenskaper.Fotokatalytiska aktivitetsmätningar under jämförbara förhållanden avslöjade enorma aktivitetsskillnader bland GQD: er, inducerad av följande faktorer som är inneboende för varje GQD-typ: förmåga att absorbera synligt ljus, elektrostatiska interaktioner med färgmolekyl, bildning av intern diodliknande elektroniska struktur och inneboende reaktiva syrearters avlägsnande förmåga. Genom att genomföra fotodegraderingsreaktioner med olika färgämnen observerades att gynnsamma elektrostatiska interaktioner erfordras för att uppnå färgnedbrytning. Dessutom visades det att det bestrålade ljusets natur inte är en avgörande faktor.Starka slutsatser kunde inte dras från studien av fotodegraderingsreaktionsmekanismen, men det föreslås att färgämnesnedbrytning med GQD kan följa ett komplext reaktionsschema där ROS och direktladdningstransportöröverföring kan spela en roll.Detta examensarbete banar väg för utvecklingen av en pålitlig, synlig ljusaktiv fotokatalysator som potentiellt kan ersätta rådande TiO2-katalysatorer för att avlägsna skadliga organiska föroreningar från vårt avloppsvatten.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 57
Series
TRITA-EECS-EX ; 2019:528
Keywords [en]
Graphene quantum dot, Photocatalysis, Dye photodegradation, Water decontamination, Reactive oxygen species.
Keywords [sv]
Grafenkvantumpunkt, Fotokatalys, Färgfotografi, Vattendekontaminering, Reaktiva syrearter.
National Category
Computer and Information Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-256076OAI: oai:DiVA.org:kth-256076DiVA, id: diva2:1343782
External cooperation
Cidetec
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-08-19 Created: 2019-08-19 Last updated: 2019-08-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

By organisation
School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS)
Computer and Information Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 23 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf