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This thesis aims to study the modifications induced by vanadium in titanium dioxide, an oxide semiconductor used for photoelectrocatalytic applications, such as water-splitting for hydrogen production and air and water remediation. The modification of this material is necessary to improve its conversion efficiency of light into chemical energy. In fact, its main limitation is the poor visible light absorption due to its wide energy gap (3.2 eV). In this work, V was introduced during the preparation of the sample, either in form of thin films or nanoparticles, using radio-frequency magnetron sputtering and inert gas phase condensation technique, respectively. A structural characterization by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy showed that V does not induce critical changes in TiO2 matrix; X-ray near edge absorption spectroscopy was used to determine the local environment of V and Ti, revealing that V is substitutional. Femtosecond transient absorbance spectroscopy was adopted to provide the basis for the interpretation of the photoelctrocatalytic behavior of V-modified and unmodified TiO2, used as photoanodes in a photoelectrochemical cell. FTAS revealed that vanadium accelerates electron-hole recombination upon UV irradiation, explaining the lower conversion efficiency in the UV spectral range with respect to unmodified TiO2. In the visible range, for modified samples, FTAS revealed the presence of a transient signal due to free electrons and trapped holes after pumping at 530 nm. These results were supported by the new photoelectrocatalytic activity in the visible range, attributed to a V-induced introduction of intragap levels at ≈ 2.2 eV below the conduction band. Similar results were obtained for thin films and nanoparticle based samples. IPCE spectra showed that incorporation of vanadium in TiO2 extends water splitting in the visible range up to ≈ 530 nm, a significant improvement compared to unmodified TiO2 that is activ

Nel presente lavoro viene descritto come è stata ottimizzata, a livello software e hardware, la procedura di controllo della pressione in uno strumento manometrico utilizzato per la misura della quantità di idrogeno assorbita e desorbita da parte di metalli. Dopo una breve introduzione sulle caratteristiche dell'idrogeno che lo rendono così appetibile dal punto di vista energetico, viene esposta la teoria alla base del processo di formazione di idruri metallici. Vengono dunque descritte le due principali tecniche di caratterizzazione di questi sistemi, ovvero le cinetiche e le isoterme pressione-composizione (PCI), e il metodo di misura adottato, ovvero quello volumetrico. Successivamente si passa alla descrizione delle componenti hardware del sistema, per poi soffermarsi sull'analisi dettagliata dell'algoritmo del software implementato, spiegando i problemi affrontati e le soluzioni adottate, riportando anche alcune formule utili ricorrenti. Infine, vengono esposti i risultati ottenuti da misure di cinetiche e PCI per il sistema MgH2 (idruro di magnesio).

Lo scopo di questa tesi è lo studio delle proprietà fotocatalitiche del biossido di titanio (TiO2) nanostrutturato, preparato in forma di particelle nanometriche, in relazione alla struttura cristallina e alla percentuale atomica dell'elemento drogante (vanadio). L'obbiettivo è quello di determinare se e come questi fattori possano modificare e migliorare le prestazioni del materiale quando è utilizzato come fotoanodo in una cella fotoelettrochimica. Sono stati sintetizzati diversi campioni di nanoparticelle attraverso la tecnica della Condensazione in Gas Inerte (IGC), modificando il rate di evaporazione tra un campione e l'altro per ottenere nanoparticelle con struttura cristallina sia in prevalenza rutilo sia in prevalenza anatasio, a seguito del trattamento termico di annealing. Le nanoparticelle sono state poi utilizzate come materiale per realizzare fotoanodi, depositandole su un vetrino ricoperto da uno strato conduttivo di ITO. La procedura per la preparazione dei fotoanodi è stata sviluppata durante questo lavoro e consiste nello spalmare con una bacchetta di vetro una soluzione acquosa contenente le nanoparticelle sul vetrino di ITO, precedente trattato per rendere la superficie idrofilica. In seguito, gli elettrodi sono stati testati attraverso l'utilizzo di una cella fotoelettrochimica, per misurarne la risposta spettrale e determinare la loro efficienza di conversione della luce in corrente elettrica. Il setup sperimentale per svolgere queste misure risolte in lunghezza d'onda è composto da una lampada, un monocromatore, la cella elettrochimica e un amplificatore lock-in, ed è stato testato per la prima volta proprio sui campioni realizzati in questo lavoro, sviluppando anche la relativa procedura di elaborazione dati, al fine di ottenere una loro corretta e attendibile interpretazione. Sono state effettuate anche misure di impedenza, voltammogrammi e misure di capacità, utilizzando il potenziostato accoppiato all'apparato sperimentale di cui sopra.

Lo scopo di questa tesi è lo studio delle proprietà fotocatalitiche del biossido di titanio (TiO2) nanostrutturato, preparato in forma di particelle nanometriche, in relazione alla struttura cristallina e alla percentuale atomica dell'elemento drogante (vanadio). L'obbiettivo è quello di determinare se e come questi fattori possano modificare e migliorare le prestazioni del materiale quando è utilizzato come fotoanodo in una cella fotoelettrochimica. Sono stati sintetizzati diversi campioni di nanoparticelle attraverso la tecnica della Condensazione in Gas Inerte (IGC), modificando il rate di evaporazione tra un campione e l'altro per ottenere nanoparticelle con struttura cristallina sia in prevalenza rutilo sia in prevalenza anatasio, a seguito del trattamento termico di annealing. Le nanoparticelle sono state poi utilizzate come materiale per realizzare fotoanodi, depositandole su un vetrino ricoperto da uno strato conduttivo di ITO. La procedura per la preparazione dei fotoanodi è stata sviluppata durante questo lavoro e consiste nello spalmare con una bacchetta di vetro una soluzione acquosa contenente le nanoparticelle sul vetrino di ITO, precedente trattato per rendere la superficie idrofilica. In seguito, gli elettrodi sono stati testati attraverso l'utilizzo di una cella fotoelettrochimica, per misurarne la risposta spettrale e determinare la loro efficienza di conversione della luce in corrente elettrica. Il setup sperimentale per svolgere queste misure risolte in lunghezza d'onda è composto da una lampada, un monocromatore, la cella elettrochimica e un amplificatore lock-in, ed è stato testato per la prima volta proprio sui campioni realizzati in questo lavoro, sviluppando anche la relativa procedura di elaborazione dati, al fine di ottenere una loro corretta e attendibile interpretazione. Sono state effettuate anche misure di impedenza, voltammogrammi e misure di capacità, utilizzando il potenziostato accoppiato all'apparato sperimentale di cui sopra.

Nel presente lavoro viene descritto come è stata ottimizzata, a livello software e hardware, la procedura di controllo della pressione in uno strumento manometrico utilizzato per la misura della quantità di idrogeno assorbita e desorbita da parte di metalli. Dopo una breve introduzione sulle caratteristiche dell'idrogeno che lo rendono così appetibile dal punto di vista energetico, viene esposta la teoria alla base del processo di formazione di idruri metallici. Vengono dunque descritte le due principali tecniche di caratterizzazione di questi sistemi, ovvero le cinetiche e le isoterme pressione-composizione (PCI), e il metodo di misura adottato, ovvero quello volumetrico. Successivamente si passa alla descrizione delle componenti hardware del sistema, per poi soffermarsi sull'analisi dettagliata dell'algoritmo del software implementato, spiegando i problemi affrontati e le soluzioni adottate, riportando anche alcune formule utili ricorrenti. Infine, vengono esposti i risultati ottenuti da misure di cinetiche e PCI per il sistema MgH2 (idruro di magnesio).