Search

Heterogeni fotokatalitički procesi koji koriste poluvodičke fotokatalizatore na nanoskali postali su ključno tehnološko rješenje za probleme uzorkovane otpadnim vodama. Tekstilne otpadne vode koje su primarni razlog zagađenja prirode azo-bojilima, predstavljaju opasnost za ekosustave jer smanjuju prodiranje dnevne svjetlosti. Eriokrom crno T je azo-boja koja se intenzivno koristi u tekstilnoj industriji za bojanje svile, najlona i vune te se klasificira kao toksičan spoj zbog svoje kancerogene prirode. Posljednjih godina, razvoj nanotehnologije omogućava modifikaciju specifičnih svojstva metalnih oksida. Hidrotermalnom sintezom uspješno su dobivene nanočestice CeO2 dopirane bakrom (10, 20, 30 % Cu:CeO2) i manganom (10, 20, 30 % Mn:CeO2). Dobivene nanočestice karakterizirane su XRD metodom, HRTEM mikrografijama i N2 adsorpcijsko - desorpcijskim izotermama. XRD veličine kristalita kreću se od 3.3 do 4.3 nm, a specifične površine u rasponu su između 188 i 222 m^2 g^-1. HRTEM mikrografijama potvrđeno je da je većina čestica sastavljena od jednog kristala na nanorazini. UV-Vis spektroskopskim mjerenjima određena su adsorpcijska i fotokatalitička svojstva uzoraka. Ustanovljeno je da dopiranje uzoraka pospješuje rezultate degradacije eriokroma crno T (EBT). Kinetika adsorpcije odgovara procesu pseudo-drugog reda, dok kinetika fotokatalitičke reakcije odgovara procesu pseudo-prvog reda. Heterogeneous photocatalytic processes that use semiconductor photocatalysts on the nanoscale have become a key technological solution to problems caused by wastewater. Textile wastewater, which mostly releases azo dyes into nature, dramatically affects the aquatic ecosystem because they reduce the penetration of daylight in waters. Eriochrome black T is an azo dye extensively used in the textile industry for dyeing silk, nylon, and wool and it is classified as a toxic compound due to its carcinogenic nature. In recent years, the development of nanotechnology enables the modification of metal oxides specific properties. Cerium(IV) oxide nanoparticles doped with copper (10, 20, 30 % Cu:CeO2) and manganese (10, 20, 30 % Mn:CeO2) were successfully obtained by hydrothermal synthesis and characterized by the XRD method, HRTEM micrographs and N2 adsorption-desorption isotherms. XRD crystallite sizes range from 3.3 to 4.3 nm, and specific surface areas range from 188 to 222 m^2 g^-1. HRTEM micrographs confirm that most particles are composed of a single nanoscale crystal. The adsorption and photocatalytic properties of the samples were determined by UV-Vis spectroscopic measurements. It was found that sample doping enhances the degradation results of Eriochrome black T (EBT). The kinetics of adsorption corresponds to pseudo-second order process, while the kinetics of the photocatalytic reaction corresponds to pseudo-first order process.

Titanov dioksid (TiO2) v naravi nastopa v številnih polimorfnih oblikah. Najbolj znani sta anatasna in rutilna. Kristale teh faz lahko pripravimo z okolju prijazno hidrotermalno sintezo osnovne raztopine titanovega kompleksa. Raztopino smo hidrotermalno obdelali v šaržnem reaktorju in industrijskih avtoklavih. Sledila je karakterizacija in analiza dobljenih produktov. Tekom magistrskega dela smo preučili vpliv mešanja na naš medij in sistem. Preko Kolmogorove teorije smo dokazali, da na naš sistem mešanje nima vpliva. Raziskali smo tudi vpliv različnih zadrževalnih časov in hitrosti segrevanja na proces kristalizacije pri temperaturi 200 °C. Poizkušali smo ugotoviti, pri kateri temperaturi se za dano osnovno raztopino prične proces kristalizacije. Raztopine smo segrevali do različnih končnih temperatur in ovrednotili kako ta parameter vpliva na »izkoristek« hidrotermalnega procesa. Z zgoraj naštetimi eksperimenti smo želeli bolje razumeli proces kristalizacije raztopine Ti-kompleksa pod hidrotermalnimi pogoji ter obrazložili, kakšen vpliv imajo spremembe določenih parametrov na delež pridobljenih faz, velikost in obliko kristalov, specifično površino in fotoaktivnost. Pri analizi naših produktov smo si pomagali z rentgensko praškovno difrakcijo (XRD), vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM) in UV-vis spektrofotometrijo. Titanium dioxide (TiO2) occurs in nature in many polymorphic forms. The best known are anatase and rutile. Crystals of these phases can be prepared by environmentally friendly hydrothermal synthesis of the titanium complex solution. The solution was hydrothermally treated in a batch reactor and industrial autoclaves. This was followed by the characterization and analysis of the obtained products. During the master's thesis, we studied the impact of mixing on our solution and system. Through Kolmogorov theory, we proved that mixing has no effect on our system. We also investigated the influence of different holding times and heating rates on the crystallization process at a temperature of 200 °C. We tried to find out at what temperature the crystallization process starts for our solution. We heated the solutions to different final temperatures and evaluated how this parameter affects the "efficiency" of the crystallization. With the experiments listed above, we wanted to better understand crystallization process of Ti-complex solution under hydrothermal conditions and explain, what effect do certain parameter changes have on the proportion of obtained phases, the size and shape of the crystals, the specific surface area and photoactivity. We used X-ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and UV-vis spectrophotometry to analyze our products.

Cerijev(IV) oksid (CeO2) jedan je od najvažnijih oksida lantanoida te se intenzivno primjenjuje u različitim područjima od poliranja, proizvodnje i skladištenja energije, zaštite okoliša do najistraživanije katalize. Svojstvo CeO2 ključno za primjenu u katalizi je sposobnost parcijalne redukcije Ce4+ u Ce3+ unutar kristalne rešetke bez narušavanja strukture pri čemu nastaju vakancije kisika. Kisikove vakancije mogu se slobodno kretati unutar kristalne rešetke te se na njih mogu lako adsorbirati molekule kisika iz okoline. Smanjenje veličine čestica te dopiranje raznim elementima s nižom valencijom i radijusom dodatno potiče stvaranje vakancija kisika te poboljšava primjenska svojstva cerijevog oksida. Među brojnim metodama sinteze nanomaterijala hidrotermalna metoda ističe se svojom jednostavnošću, ekološkom prihvatljivošću, niskom cijenom te mogućnošću dobivanja produkata visoke čistoće i homogenosti te male veličine čestica. U ovom radu hidrotermalnom metodom pripremljene su nanočestice bakrom dopiranoga cerijeva(IV) oksida (CuxCe1-xO2, x = 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 i 0,5), toplinski obrađene i temeljito analizirane različitim metodama karakterizacije nanomaterijala. Katalitička aktivnost pripremljenih nanokatalizatora ispitivana je na procesu oksidacije hlapivih organskih spojeva korištenjem plinovite mješavine benzena, toluena, etilbenzena i o-ksilena (BTEX). Provedena je i kinetička analiza rasta zrna pri izotermnim uvjetima s ciljem utvrđivanja utjecaja dodatka bakra na toplinsku stabilnost cerijeva(IV) oksida. Rendgenskom difrakcijskom analizom (XRD) utvrđeno je da do nominalnog udjela od 40 mol. % Cu ne dolazi do pojave sekundarnih faza. Veličine kristalita uzoraka bez toplinske obrade dosad su nezabilježene za bakrom dopirani cerijev(IV) oksid te iznose ispod 4 nm. Veličine čestica određene transmisijskom elektronskom mikroskopijom (TEM) u suglasju su s vrijednostima dobivenim za veličine kristalita. Masenom spektrometrijom induktivno spregnute plazme (ICP-MS), energijski razlučujućom rendgenskom spektroskopijom (EDS) i rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS) utvrđeno je da je stvarni udio bakra u uzorcima manji od nominalnog. Međutim, sveukupni rezultati pokazuju kako dodatak bakra ima pozitivan utjecaj na brojna svojstva CeO2, što uključuje smanjenje zabranjene zone, poboljšanje reducibilnosti i toplinske stabilnosti, te povećanje katalitičke aktivnosti. Dobiveni rezultati ukazuju na postojanje snažne interakcije između bakra i CeO2, što bi značilo je došlo do stvaranja čvrste otopine. Među pripremljenim uzorcima posebno se ističe uzorak s nominalnim udjelom bakra od 40 mol. % kao uzorak s najboljom toplinskom stabilnošću u cijelom ispitivanom području (od 300 do 700 °C), najboljom katalitičkom aktivnošću za ispitivane hlapive organske spojeve, te najvećim udjelom vakancija kisika u strukturi. Cerium(IV) oxide (CeO2) is one of the most important lanthanide oxides extensively used in various fields such as polishing, energy production and storage, environmental protection and the most researched catalysis. The key property of CeO2 for catalytic application is the ability of a partial reduction of Ce4+ to Ce3+ within the crystal lattice without the collapse of structure. During this process oxygen vacancies are formed, which can move freely within the crystal lattice and adsorb oxygen molecules from the environment. The reduction of particle size and doping with various elements with lower valence and radius further encourage the creation of oxygen vacancies and improve the properties of cerium oxide. Among many nanomaterial's synthesis methods, the hydrothermal method stands out for its simplicity, environmental friendliness, low cost and the ability to obtain products of high purity and homogeneity, as well as small particle size. In this work, nanoparticles of copper doped cerium(IV) oxide (CuxCe1-xO2, x = 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 i 0,5) were prepared by hydrothermal method, thermally treated and thoroughly characterized. The catalytic activity of the prepared nanocatalysts was investigated in the oxidation of volatile organic compounds using a gaseous mixture of benzene, toluene, ethylbenzene and o-xylene (BTEX). An isothermal grain growth kinetics analysis was also performed in order to determine the effect of copper addition on the thermal stability of cerium(IV) oxide. X-ray diffraction analysis (XRD) showed that no secondary phases occur up to the nominal share of 40 mol. % Cu. The crystallite sizes of samples without thermal treatment have not been recorded so far for copper doped cerium oxide and are below 4 nm. Particle sizes determined by transmission electron microscopy (TEM) are in agreement with the values obtained for crystallite sizes. Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed that the actual copper content in the samples is lower than nominal. However, the overall results show that the addition of copper has a positive effect on a number of CeO2 properties, which includes the reduction of the band gap, improvement of reducibility and thermal stability, and an increase in catalytic activity. The obtained results indicate the existence of a strong interaction between copper and CeO2, which would mean that a solid solution was formed. Among the prepared samples, the sample with the nominal copper share of 40 mol. % stands out as the sample with the best thermal stability in the studied temperature range (from 300 to 700 °C), the best catalytic activity for the tested volatile organic compounds, and the largest share of oxygen vacancies in the structure.

Intenzivan rast populacije uz nekontroliran industrijski rast rezultirali su povećanom potrošnjom energije uz previsoku emisiju toksičnih tvari koje uništavaju ekosustav. Brzi razvoj globalne ekonomije i pridružena industrijalizacija tijekom prošlog stoljeća doveli su do ozbiljnih zabrinutosti u pogledu globalne potrošnje resursa. Globalno onečišćenje okoliša u tolikoj je mjeri alarmantno da će, ako se hitno ne poduzmu odgovarajući potezi, ljudsko zdravlje s vremenom postati sve ugroženije. Kao ambiciozna alternativa korištenju konvencionalnih fosilnih goriva, nameće se korištenje vodika, a jedan od perspektivnijih načina njegova dobivanje je fotokatalitičkim putem. Provođenje takvog procesa zahtjeva korištenje obnovljivih izvora energije, Sunčevo zračenje i vode, uz stvaranje netoksičnih, bezopasnih produkata. Jedan od najviše istraživanih fotokatalitičkih materijala je TiO2, kojeg karakterizira velika energija zabranjene zone (Eg) (oko 3,2 eV), a koja mu omogućuje pobudu isključivo zračenjem UV dijela Sunčeva spektra. Ovaj diplomski rad se bavi sintezom i karakterizacijom nanokompozitnih materijala: TiO2, odnosno SnS2, te kompozita TiO2-SnS2 i TiO2-SnS2-RGO s različitim udjelima GO-RGO. Provedene su karakterizacija i fizikalno-kemijska svojstva nanokompozitnih materijala. Morfološka svojstva ispitana su skenirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM). FTIR i XRD su korišteni za prikaz struktura fotokatalizatora. Toplinska, odnosno optička svojstva određena su pomoću TGA i UV-Vis spektroskopije. Na temelju rezultata spomenutih tehnika, potvrđena je kemijska povezanost između TiO2, SnS2 sa RGO u ternarnim kompozitima (TSG). Na temelju izračuna maksimalne valne duljine, pokazalo se kako TSG apsorbira u području vidljive svjetlosti. Intensive growth of population along with uncontrolled industrial growth have resulted in the increased energy consumption with excessive emissions of toxic substances that destroy the ecosystem. The rapid developments of the global economy and the associated industrialization over the past century have led to serious concerns regarding global resource consumption. Global environmental pollution is so alarming that, unless appropriate action is taken urgently, human health will become increasingly endangered over time. As an ambitious alternative to the use of conventional fossil fuels, the use of hydrogen is imposed, and one of the most perspective ways to achieve hydrogen production is by process of photocatalysis. Carrying out such a process requires the use of renewable energy sources, the Solar irradiation and water, with the creation of non-toxic, harmless products. One of the most investigated photocatalytic materials is TiO2, characterized by a high band gap energy (Eg) (about 3.2 eV), which allows it to be excited exclusively by the radiation of the UV portion of the solar spectrum. This work deals with the synthesis and characterization of nanocomposite materials: TiO2, SnS2, and composites TiO2-SnS2 and TiO2-SnS2-RGO with different proportions of GO-RGO. Characterization and physicochemical properties of nanocomposite materials were performed. Morphological properties were examined by scanning electron microscopy (SEM). FTIR and XRD were used to show the photocatalyst structures. Thermal and optical properties were determined by TGA and UV-Vis spectroscopy. Based on the results of the mentioned techniques, the chemical bonds between TiO2, SnS2 with RGO in ternary composites (TSG) was confirmed. Based on the calculation of the maximum wavelength, it was shown that TSG is absorbs in the visible light range.

Fotovoltaične tehnologije postajajo, zaradi neizbežnega izčrpavanja neobnovljivih virov, s sposobnostjo direktne pretvorbe sončne svetlobe v električni tok vse bolj zanimive pri čistejšem in okolju prijaznejšem pridobivanju električne energije. Kot odgovor povpraševanju se raziskave na področju sončnih celic množijo, kar je povod v razvoj tretje generacije celic, v katero spadajo tudi elektrokemijske sončne celice. Te postajajo zaradi svoje preproste izdelave ter enostavnih in cenovno ugodnih komponent konkurenčne konvencionalnim silicijevim celicam. Z željo po izboljšanju delovanja elektrokemijskih celic sem se v svoji magistrski nalogi osredotočila na optimizacijo delovne elektrode. S hidrotermalno sintezo sem ob različnih vsebnostih dodanega NaOH sintetizirala mikrodelce TiO2, katere sem v nadaljevanju uporabila pri pripravi paste, primerne za elektrokemijske DSSC celice (ang. dye-sensitized solar cells). S spreminjanjem količin dodanih suhih komponent, kombinacij topil ter s prisotnostjo surfaktanta sem poizkusila pridobiti najprimernejšo pasto. Z vrstično elektronsko mikroskopijo sem analizirala površino nanosov ter s snemanjem presekov določila tudi njihovo debelino. Sestavila sem celice s pripravljenimi TiO2 pastami in rutenijevim barvilom ter s pomočjo sončnega simulatorja izmerila njihove tokovno-napetostne karakteristike, pri čemer me je najbolj zanimal izkoristek. Obenem pa sem preverila tudi vpliv uporabe različnih elektrolitov in barvil, ekstahiranih iz invazivnih rastlin, na uspešno pretvorbo energije v DSSC celicah. Najvišji pridobljeni izkoristek celice, pripravljene z optimizirano TiO2 pasto ter rutenijevim barvilom, je znašal 2,72 %, kar je dober približek celici s komercialno TiO2 pasto, katere izkoristek je znašal 2,80 %. V kombinaciji z barvili, ekstrahiranimi iz invazivnih rastlin, in dobljeno najučinkovitejšo pasto TiO2 sem pripravila DSSC celice in preverila njihovo delovanje. Za zelo obetavno barvilo se je izkazal ekstrakt kanadske zlate rozge z dobljenim izkoristkom celice 0,30 %. Prav tako pa se je kot primernejša pasta za vezavo organskih barvil izkazala pripravljena pasta TiO2 iz sintetiziranih mikrodelcev. Given the inevitable depletion of non-renewable energy sources, photovoltaics is becoming increasingly interesting because it can convert sunlight directly into electrical energy and the energy production is environmentally friendly. Research on solar cells is multiplying in response to mass demand, leading to the development of third-generation cells. These include dye-sensitized solar cells (DSSCs). Since they are easy to manufacture with affordable components, they are becoming competitive to conventional silicon cells. In my master's thesis, I focused on optimizing the working electrode with the aim of improving the functionality of DSSC cells. TiO2 microparticles were prepared by hydrothermal synthesis with different concentrations of added NaOH and then used to prepare a suitable paste for DSSC cells. I attempted to obtain the most effective TiO2 paste by varying the amount of dry components added, different combinations of solvents, and the addition of a surfactant. I used scanning electron microscopy to analyze the surface of the deposits and determined their thickness by recording cross sections. I measured the current-voltage characteristics of DSSC cells composed of the prepared TiO2 pastes and ruthenium dye using a solar simulator. I was mainly interested in the efficiency. At the same time, I also investigated the influence on successful energy conversion in DSSC cells by using different electrolytes and dyes, extracted from invasive plants. The solar cell made with optimized TiO2 paste and ruthenium dye had the highest efficiency of 2.72%. This is a good approximation to a cell made with commercial TiO2 paste, whose efficiency was 2.80%. Combining dyes extracted from invasive plants with the most effective TiO2 paste, I made DSSC cells and evaluated their efficiency. Canadian goldenrod extract proved to be the most promising dye with an efficiency of 0.30%. The TiO2 paste prepared from synthesized particles also proved to be better at binding organic dyes.

V znanosti materialov se raziskovalci med drugim osredotočijo na povezavo med morfologijo nekega materiala in njegovimi lastnostmi ter obnašanjem, saj ta lahko ključno vpliva na uspešnost v končni željeni uporabi. Poznavanje teh korelacij in znanje nadzorovanja priprave materiala z določenimi lastnostmi ima velik pomen v več vejah znanosti in eventuelni uporabi. Uporabljajo se npr. v katalizatorjih, separacijskih procesih, senzorjih, sistemih za shranjevanje in pridobivanje energije kot npr. sončne in gorivne celice, akumulatorskih sistemih … Ena od tehnik priprave materialov je hidrotermalna sinteza, pri kateri gojimo kristale v vodnem mediju pri povišani temperaturi in tlaku. Le eden od teh materialov je niobijev pentoksid, ki se med drugim uporablja v katalizatorjih, elektrokromnih in fotoelektrokemijskih napravah. Nb2O5 kristalizira v številnih polimorfnih oblikah, podobno kot TiO2. Pri slednjem so bili v predhodnih raziskavah opaženi zanimivi pojavi dvojčičenja kristalov (ang. Twinning), kjer si dva kristala “v simetrijskem smislu delita nekaj točk iste kristalne mreže”. Zraščena kristala ločuje stična površina, t. i. meja dvojčičenja. Dvojčičenje lahko pripomore k znatnemu povečanju specifične površine v primerjavi z monokristalom, kar je pogosto zaželen pojav. Na podlagi “bližine” titana in niobija v periodnem sistemu elementov domnevamo, da bi lahko s hidrotermalno sintezo pripravili kristalne dvojčke niobijevega pentoksida, prav tako pa tudi dvojčke kombinacije obeh oksidov. In materials science, one of the main topics of research is the relationship between the morphology of a material and its properties, as the materials size, shape, surface properties, etc can greatly influence the suitability for its final use in a commercial product. The knowledge of the structure property relationship and controlling the structure via different preparative techniques to achieve the desired properties is of vital importance in many branches of science and engineering. The so called advanced materials are used as catalysts, sensors, in separation processes, energy production and storage systems as for example fuel cells and accumulators – batteries. One of the many synthesis techniques is hydrothermal synthesis, in which crystals are grown in an aqueous medium at an elevated temperature and pressure. One of many materials is niobium pentoxide, which is used in catalysis, electrochromic and photoelectrochemical devices, etc. Nb2O5 crystallises in many polymorphic forms, simillarly as TiO2 which is subject to rigorous amounts of research due to its photocatalytic properties. Previous research on TiO2 observed the phenomena of crystal twinning, where two crystals share points of the same crystal lattice in a symmetrical manner. The twin crystals grow along a twinning plane. Crystal twinning is cause to a higher specific surface area of the material compared to single crystals, which is often desired for specific uses. On the basis of “closeness” of titanium and niobium in the periodic table of elements we speculate that the preparation of niobium oxide twins through hydrothermal synthesis might be possible. Furthermore, due to the simillarity in atomic radii of both elements, potential combinations of oxides could be an interesting topic of research

Kositrov dioksid je mineral, ki kristalizira v rutilni strukturi. Zaradi različnih možnosti sinteze ter različnih morfologij poznamo mnogo vrst uporabe, npr. kot senzorski materiali za zaznavo plinov, fotokatalizatorji ter tudi kot elektrode za litij-ionske baterije. Poznamo veliko različnih možnosti sinteze, med njimi pa je tudi več načinov hidrotermalne sinteze. V svoji magistrski nalogi sem se osredotočila na hidrotermalno sintezo SnO2 z vodo, etanolom, NaOH, citronsko kislino ter kositrovim kloridom. Z različnimi poskusi sem poskušala sintezo optimizirati, da sem dobila čim bolj podolgovate kristale. Poskuse sintez sem delala z različnim vrstnim redom dodajanja reaktantov, ter z različnimi količinami citronske kisline v reakcijski zmesi, temperaturo in čas segrevanja pa sem v vseh poskusih pustila konstantna. Produkt je bil karakteriziran z RTG in SEM. V večini poskusov sem dobila cvetačno obliko kristalov, le pri višji koncentraciji citronske kisline so kristali postajali vedno bolj okrogli. Kristali brez citronske kisline so imeli tudi največje razmerje med dolžino in širino. Pri poskusih z različnim vrstnim redom dodajanja reaktantov sem ugotovila, da se razmerje med dolžino in širino bistveno ne spreminja. Pri nekaterih poskusih so nastale tudi cvetačne strukture v obliki šestkotnikov. Tin oxide is a mineral which crystallizes in a rutile structure. Due to variety of synthesis possibilities and different morphologies, many types of usage are known, e.g. it can be implemented as a sensor material for gas detection, for photocatalysts as well as electrodes for lithium-ion batteries. There are many different synthesis routes, including many types of hydrothermal synthesis. In my master’s thesis, I focused on hydrothermal synthesis of SnO2 with water, ethanol, NaOH, citric acid and tin chloride. Via various experiments I tried to optimize synthesis to obtain the most branched chrystals. I ran the synthesis experiments with different orders of addition of the reactants and with different amounts of citric acid in the reaction mixture, keeping the temperature and heating time constant in all experiments. The product was characterized by XRD and SEM. In most experiments I obtained flower-like shaped crystals, only at higher citric acid concetracions did the crystals become more rounded. The crystals without citric acid had highest lenght-to-width ratio. In experiments with different orders of addition of reactants, I found that the length-to-width ratio does not change significantly. Under certain experimental conditions I also found hexagonal flower-like structures.

Cilj ovog rada bio je provedba hidrotermalne sinteze hidroksiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2, HAp) iz sipine kosti uz prisustvo metalnih iona stroncija (Sr2+) te karakterizacija uzoraka različitim instrumentalnim metodama (XRD, FTIR i TGA) kako bi se procijenila uspješnost ugradnje iona u strukturu hidroksiapatita. Ionske supstitucije utječu na različite parametre poput veličine kristalne rešetke, veličine kristalita ili morfologije što se odražava u promjeni svojstava HAp-a, a samim time i u primjenskim svojstvima za upotrebu u inženjerstvu koštanog tkiva. SEM analizom potvrđeno je očuvanje karakteristične visokoporozne međusobno povezane strukture sipine kosti nakon provedbe hidrotermalne sinteze. Kvalitativnom XRD analizom utvrđeno je da se sintetizirani uzorci sastoje od HAp-a i male količine aragonitne faze (1-2 %) kod uzoraka s 5 i 10 mol.% dodanog stroncija. Dodatnom obradom podataka pomoću Rietveldove metode utočnjavanja dobiveno je da se volumen kristalne rešetke HAp-a povećava s povećanjem udjela stroncija što je u skladu s teorijskim i literaturnim podacima. Rezultati dobiveni FTIR analizom ukazuju na smanjenje intenziteta fosfatnih, karbonatnih i hidroksilnih skupina s povećanjem udjela dodanog stroncija. Dodatkom stroncija ne dolazi do širenja vrpca pojedinih skupina nego zadržavaju svoj početni oblik. Primjenom TGA analize utvrđeno je da se pri manjim udjelima stroncija termička stabilnost poboljšava, no kod viših udjela stroncija gubitak mase se povećava u odnosu na čisti HAp. The aim of this work was to conduct the hydrothermal synthesis of hydroxyapatite from cuttlebone with the presence of strontium ions (Sr2+) and the subsequent characterization of the samples using different instrumental methods (XRD, FTIR and TGA) to assess the substitution of ions in the structure of hydroxyapatite. Ionic substitutions affect different parameters like crystal cell, crystal size and morphology which change the properties of HAp and subsequently affect the applicability in bone tissue engineering. SEM analysis confirmed that characteristic highly porous interconnected structure of cuttlebone was preserved after hydrothermal synthesis. Qualitative XRD analysis showed that the structure of the synthesized samples consists of HAp with trace amounts of aragonite phase (1-2 %) in samples with 5 and 10 mol.% strontium added. Further processing of the data using the Rietveld refinement method showed that the volume of the crystal lattice of HAp increases with increasing strontium content, which is consistent with theoretical and literature data. The results obtained by FTIR analysis indicate a decrease in the intensity of phosphate, carbonate and hydroxyl groups with the increase of added strontium. With the addition of strontium, the bands of individual groups do not broad, but retain their initial shape. Using TGA analysis, it was found that at lower strontium content, thermal stability improves, but at higher strontium content, the weight loss increases compared to pure HAp.

Namen diplomskega dela je bil sintetizirati učinkovit katalizator na osnovi cerijevega dioksida z uporabo hidrotermalne metode. Katalitično delovanje sem nameravala preizkusiti pri sintezi propilen karbonata brez topil, z reakcijo cikloadicije propilen oksida in CO2, ki ga je v naravi v obilju in sodi med toplogredne pline. Zaradi pandemije Covid-19, načrtovanega laboratorijskega dela nisem mogla izvesti in sem zato diplomsko delo usmerila v teoretično obravnavo navedene teme. Analizirala sem nekaj že izvedenih in objavljenih okolju prijaznih sintez propilen karbonata. Primerjala sem različne katalizatorje in njihove lastnosti, ki so jih avtorji znanstvenih člankov določili z različnimi analitskimi tehnikami. The aim of this work was the synthesis of an effective catalyst based on cerium dioxide using the hydrothermal method. The catalytic activity would be tested in the synthesis of solvent-free propylene carbonate by the cycloaddition reaction of propylene oxide and CO2, which is abundant in nature and belongs to the greenhouse gases. Due to a pandemic Covid-19, I was not able to carry out the planned laboratory work, so I oriented my thesis on the theoretical treatment of this topic. Thus, I analyzed some already performed and published environmentally friendly syntheses of propylene carbonate. I compared different catalysts and their properties determined by the authors of the scientific articles using various analytical techniques.

Titanov dioksid se v naravi nahaja v treh polimorfnih modifikacijah: kot rutil, anatas in brookit. Najstabilnejša oblika TiO2 je rutil in kristalizira v tetragonalnem kristalnem sistemu. Heterogena fotokataliza z uporabo polprevodniškega TiO2, omogoča alternativno katalitično oksidno tehnologijo preko reakcij, ki potekajo pri sobni temperaturi in normalnem zračnem tlaku. Znanstveniki so ugotovili, da so TiO2 nanodelci pokazali najboljšo fotokatalitsko učinkovitost s hkratnim povečanjem hitrosti razvoja fenola in zmanjšanjem nastanka stranskega produkta hidrokinona. V zadnjih desetletjih so bili nanometrski TiO2 praški uporabljeni za fotokatalizo, zlasti za fotolizo vode in pretvorbo sončne energije. Po drugi strani pa je glavna pomanjkljivost uporabe TiO2, kot fotoaktivnega katalizatorja, njegova energija prepovedanega pasu 3,2 eV, kar omejuje fotokatalitsko aktivnost tega materiala na valovne dolžine pod 385 nm. V sklopu magistrskega dela sem poizkušal dobiti najboljšo fotokatalitično aktivnost katalizatorja TiO2 pri pretvorbi benzena v fenol. Ob tem sem pazil na čim boljšo selektivnost. Najprej sem sintetiziral prahove TiO2, z različno obliko kristalov, po hidrotermalnem postopku. To sem storil tako, da sem izoborjene kristale Ti kompleksa raztopil v različnih volumnih destilirane vode, ter tako pripravil raztopine z različnimi koncentracijami: 1.00 M, 0.50 M, 0.125 M, 0.06 M in 0.03 M. Posamezne raztopine sem zaprl v avtoklave s teflonskimi lončki, ter postavil v ogret sušilnik na 200°C za 50 h. Analitske metode, ki sem jih uporabil v namen določanja oblike in strukture sta bili vrstična elektronska mikroskopija (SEM) in rentgenska praškovna difrakcija (RTG). Pri posnetkih s SEM, sem opazil kako razvejanost kristalov TiO2 pada s padajočo koncentracijo izhodne raztopine Ti kompleksa. V naslednji fazi sem prahove TiO2 uporabil za testiranje fotokatalitične aktivnosti pri pretvorbi benzena v fenol. Za reakcijo sem uporabil destilirano vodo, vodikov peroksid, acetonitril in benzen. Kot vir svetlobe sem uporabil UV luč. Konverzijo in selektivnost sem najprej povečal tako, da sem TiO2 dopiral z bakrom. Za ta postopek sem uporabil bakrov acetat in polivinilpirolidon. Na koncu sem testiral tudi vpliv zlata na konverzijo in selektivnost. Uporabil sem etilen glikol in zlatov klorid. Preizkusil sem tudi katera količina oksidanta je najprimernejša za reakcijo. Ugotovil sem, da čisti TiO2 ni primeren katalizator za fotokatalitično reakcijo benzena v fenol. Boljše rezultate pretvorbe sem dobil, ko sem TiO2 dopiral z bakrom. Tako konverzija kot tudi selektivnost je naraščala z naraščajočo vsebnostjo bakra. Najboljše rezultate sem dobil, ko sem kombiniral baker in zlato. Predvsem selektivnost je po dodatku zlata zelo narasla. In nature titanium dioxide is found in three polymorphic modifications rutile, anatase and brookite. The most stable form of TiO2 is rutile and crystallizes in a tetragonal crystal system. Semi-conductive material such as TiO2 can be used in heterogeneous photocatalysis. It offer an alternative catalytic oxidation technology because the reactions take place at ambient temperature and pressure. Scientists reported that the TiO2-supported nanoparticles show the best photocatalytic efficiency by simultaneously increasing the rate of phenol development and reduce the formation of hydroquinone by-product. In recent decades, nano-sized TiO2 powders have been used for photocatalysis, in particular for photo-splitting of water and solar energy conversion. However as the size reduces also bandgap energy shifts to higher values reaching energies around 3.2 eV which limits the photocatalytic activity of this material to the UV region i.e. to the wavelengths below 385 nm. In my work, I optimized photocatalytic activity of the TiO2 catalyst in the conversion of benzene to phenol. At the same time, I was trying to sustain selectivity as high as possible. I first synthesized TiO2, from Ti-complex in concentrations of 1.00 M, 0.50 M, 0.125 M, 0.06 M and 0.03 M. The solutions were hydrothermally treated in teflon lined autoclave for 50 h at 200°C. To determine the shape and the crystal structure of the synthesized material I used scanning electron microscopy (SEM) and X-ray powder diffraction (XRD). In particular with SEM I was able to specify how the specific surface area of TiO2 crystals decreases with decreasing concentration. In the following phase, I used TiO2 powders of different morphology to test the photocatalytic activity for the conversion of benzene to phenol. In the reaction I used distilled water, hydrogen peroxide, acetonitrile and benzene and a UV light as a light source. To increase conversion and selectivity I doped TiO2 with copper. For this I used copper acetate and polyvinylpyrrolidone. Finally, I also tested the effect of gold on conversion and selectivity. I used ethylene glycol and gold chloride. I also found the amount of oxidant optimal for the reaction. I have concluded that TiO2 alone is not suitable as a catalyst for the photocatalytic reaction of benzene to phenol. However, by doping it with copper the results are much better. Both conversion and selectivity increased with increasing copper content. The best results were obtained with the combination of copper and gold whereas selectivity increased greatly after the addition of gold.

Zeoliti so predstavniki kristaliničnih mikroporoznih materialov, ki jih najpogosteje pripravimo s hidrotermalno sintezo iz reakcijskih gelov, ki vsebujejo vir aluminija, silicija, topilo in strukturne usmerjevalce. Zaradi svoje značilne kemijske sestave, možnosti dodatne funkcionalizacije in urejenega sistema por točno določenih oblik in velikosti, se zeoliti uporabljajo kot učinkoviti absorbenti in heterogeni katalizatorji v pomembnih industrijskih procesih. Poleg že dobro uveljavljene uporabe zeolitov v predelavi nafte, proizvodnji kemikalij, odstranjevanju NOx, SOx, N2, O2, vode iz zraka so zeoliti pokazali odlične lastnosti tudi na področju pridobivanja in shranjevanja virov energije ter na področju tehnologij selektivnega zajema in pretvorbe CO2 v goriva. V diplomski nalogi sem se osredotočil na preučevanje možnosti uporabe kubičnega zeolita P kot sorbenta za kasnejšo uporabo pri odstranjevanju plinov CO2 iz onesnaženega zraka. Namen diplomske naloge je bil preučiti sintezne parametre (čas in temperatura kristalizacije, pH), vpliv surfaktantov in Si/Al razmerja na velikost, obliko in aglomeriranost delcev zeolita P. Izbranemu sinteznemu postopku za sintezo zeolita P sem določil optimalne kristalizacijske pogoje in molsko razmerje. Vzorci so bili karakterizirani s pomočjo rentgenske praškovne difrakcije (XRPD), vrstične elektronske mikroskopije (SEM), termogravimetrične analize (TG), elementne analize (EDS), dinamičnega sipanja svetlobe (DLS) in CHN analize. S spreminjanem Si/Al razmerja sem uspel oz. sem bolje vplival na velikost in aglomeriranost delcev zeolita P kot z uporabo različnih surfaktantov. Pripravil sem fazno čist kubičen zeolit P (zeolit P1) z ocenjeno velikostjo osnovnih delcev približno 17 nm, ki so se nadalje povezovali v aglomerate različnih velikosti od 300 – 500 nm. Zeolites are a type of crystalline microporous materials. They are commonly prepared by hydrothermal synthesis from reaction gel containing aluminium and silicon source, a solvent and structure directing agents. Zeolites are used as effective absorbents and heterogeneous catalysts in various industrial processes due to their characteristic chemical composition, possibility of additionally functionalisation and ordered pore system of specifically defined shapes and size. The use of zeolites in oil refinery, chemical production and removal of NOX, SOX, N2, O2 and humidity from air is as well established. Furthermore, zeolites have proved successful in energy recovery and storage and selective capture and conversion of CO2 into fuels. This bachelor thesis focuses on the use of cubic zeolite P as potential sorbent for later removal of CO2 from polluted air. The aim of this thesis was to study synthesis parameters (crystallisation time and temperature, pH), influence of surfactants and Si/Al molar ratio on size, shape and agglomeration of zeolite P particles. Additionally, the optimal crystallisation conditions and molar ratio for zeolite P synthesis were determined. The samples were characterised using X-ray powder diffraction (XRPD), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TG), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), dynamic light scattering (DLS) and CHN analysis. To conclude, this study was able to show an increased modification on the size and agglomeration of zeolite P particles by changing Si/Al molar ratio compared to use of surfactants. Phase-pure cubic zeolites P with size of particles 17 nm were agglomerated in various sizes from 300 - 500 nm.

Na številnih področjih znanosti in tehnike, kot so npr. kataliza, separacijski procesi, akumulatorski in kondenzatorski elementi, sončne celice, gorivne celice ipd., želimo imeti materiale z veliko specifično površino, poroznostjo in ustrezno strukturo lahko dostopnih por. Material, ki ga lahko sintetiziramo v kompleksnih 3-D razvejanih morfologijah, je najstabilnejša polimorfna modifikacija TiO2 - rutil. Tekom eksperimentalnega dela magistrske naloge smo skonstruirali in okarakterizirali polšaržni sistem, ki vključuje hidrotermalni reaktor z možnostjo dodajanja substrata v sistem tekom hidrotermalne sinteze. S postavljenim sistemom smo želeli izvesti hidrotermalno sintezo rutila in podrobno raziskati mehanizem rasti kristalov TiO2 pod hidrotermalnimi pogoji. Med opravljanjem eksperimentov smo ugotovili, da na hidrotermalno sintezo kristalov rutila bistveno vpliva hitrost segrevanja reaktorja. Reaktor smo segreli na 200 °C pri različnih časih, in sicer med 15 min in 6 ur. Tem počasnejše kot je segrevanje reaktorja, več kristalov rutila dobimo v produktu ter vse manj anatasne oblike. S hitrostjo segrevanja ne vplivamo na velikost kristalov rutila, vplivamo pa na obliko kristalov. Počasnejše kot je segrevanje, več 1. generacije dvojčkov rutila dobimo, ter vse manj paličastega rutila. Do sedaj to še ni bilo poznano. Prav tako smo želeli s postavljenim polšaržnim sistemom ustvariti večgeneracijske dvojčke kristalov rutila, ki bi pripomogli k še večji specifični površini kristala. Večgeneracijskih dvojčkov nismo uspeli pripraviti, ker na njihov nastanek vpliva veliko parametrov, ki so med seboj variabilni ter le ob določenih kombinacijah lahko povzročijo njihovo tvorbo. Parametri so: reakcijska temperatura in čas, koncentracija ter pH morebitnega substrata, kdaj in pri kateri temperaturi dodajamo substrat v sistem, nečistoče prisotne v substratu ali osnovni raztopini ipd. V nadaljevanju raziskovanja te tematike, bi bilo potrebno omenjene parametre identificirati ter definirati razmerja med njimi, kar bi nam dalo možnost pridobivanja dvojčkov višjih generacij. Morfologijo dobljenih prašnatih produktov smo okarakterizirali s SEM in RTG analitskima metodama. In many fields of science and technology, such as catalysis, separation processes, elements of batteries and capacitors, solar cells, fuel cells etc., our goal is to produce materials with large specific surface area, porosity and appropriate structure of easily accessible pores. Material that can be synthesized in complex 3-D branching morphologies is the most stable polymorphic modification of TiO2 – rutile. During the experimental part of the master’s thesis, we designed and characterized a semi-batch system that included a hydrothermal reactor with the possibility of adding a substrate to the system during the hydrothermal synthesis. With the system in place, we wanted to understand in detail the mechanism of growth of TiO2 crystals under the hydrothermal condition. During the experiments, we found out that the hydrothermal synthesis of rutile crystals is significantly influenced by the reactor-heating rate. The reactor was heated up to 200 °C in range between 15 min and 6 hours. When the heating rate was slower, more crystals of rutile-type TiO2 were formed and less anatase form was produced. The heating rate did not affect the size of the rutile crystals, but did affect the shape of the crystals. The slower the heating rate was, the more 1st generation of twins we got, and less of rod like rutile form was made. Until now, this was unknown. We also wanted to create multigenerational twins of rutile crystals that would contribute to an even larger specific surface of the crystals. We found out that their formation is influenced by many parameters that are variable and can cause formation of twins only in certain combinations. These parameters are reaction time and temperature, concentration and pH of a possible substrate, when and at what temperature a possible substrate is added to the system, impurities present in the substrate or basic solution etc. In the continuation of the research, these parameters and the relationships between them should be identified, and that would give us the opportunity to generate multiple twins. Precipitates were analysed by XRD and SEM.

Hidrotermalna sinteza predstavlja postupak kojim se mogu sintetizirati nanomaterijali koji svakim danom pronalaze sve širu primjenu u raznim granama djelatnosti. Upravo zbog te činjenice znanstvenici se sve češće okreću ovoj metodi. Hidrotermalna sinteza se može definirati kao heterogena reakcija u otapalu podvrgnuta utjecaju visoke temperature i tlaka tijekom određenog vremena. Glavni parametri koji se prate u hidrotermalnoj sintezi su tlak, temperatura i vrijeme. Osim prethodno navedenih parametara, koriste se različiti agensi kako bi se kontrolirala morfologija čestica. Korištenjem hidrotermalne metode u završnom radu sintetiziran je stroncijev molibdat (SrMoO4) uz različite koncentracije otopina natrijeva hidroksida, NaOH (1 M i 6 M) koji je korišten kao mineralizator. Dobivenim uzorcima je testirana fotokatalitička aktivnost na razgradnju boja rodamin B, metilen plavo i bromtimol zeleno pomoću UV/VIS spektroskopije. Spojevi su analizirani rentgenskom difrakcijom na prahu (PXRD) čime je utvrđeno da je sinteza s 1 M otopinom NaOH bolja za sintezu stroncijeva molibdata jer je dobiven spoj s malo primjesa. Međutim, bolju fotokatalitičku aktivnost pri razgradnji sve tri boje je pokazao uzorak sintetiziran sa 6 M otopinom NaOH.

Namen magistrskega dela je bil sintetizirati bizmut molibdenove nanodelce z različnimi metodami ter oceniti fotokatalitsko učinkovitost enega izmed produktov pri razbarvanju RhB ob prisotnosti vidne svetlobe. Prvi sklop eksperimentalnega dela je zajemal sintezo bizmut molibdenovih nanodelcev z različnimi kristalnimi strukturami . Pri tem smo uporabljali mehanokemijsko, hidrotermalno, sonokemijsko in metodo nizko temperaturne taline soli (LTMS). Pripravljeni produkti so bili karakterizirani z rentgensko praškovno difrakcijo (RTG), presevnim elektronskim mikroskopom (TEM) in termogravimetrično analizo (TGA). Fotokatalitsko aktivnost bizmut molibdenovega kristala smo ocenili z izvedbo fotokatalitske degradacije rodamina B pri sobni temperaturi pod vplivom VIS sevanja. Rezultati so pokazali, da smo uspeli sintetizirali vse tri fazne modifikacije bizmutovih molibdatov. Z mehanokemijsko sintezo smo sintetizirali alfa in gama bizmut molibdenove nanodelce, hidrotermalna sinteza je pripomogla k nastanku gama in beta modificiranih bizmutovih molibdatov ter s sonokemijsko sintezo smo ustvarili beta bizmut molibdenov oksid. Z uporabo UV-VIS spektrofotometra smo Bi2Mo3O12 nanodelcem ocenili fotokatalitske sposobnosti degradacije rodamina B (RhB) v raztopini pri sobni temperaturi pod vplivom VIS sevanja. Ugotovljeno je bilo, da je absorpcijski rob Bi2Mo3O12 ocenjen pri 435 nm, kar ustreza vrednosti prepovedanega pasu Eg = 2,78 eV. V prisotnosti obeh ključnih dejavnikov tako svetlobe kot fotokatalizatorja (Bi2Mo3O12) smo po 120 minutah obsevanja z vidno svetlobo dosegli skoraj 100 % razgradnjo RhB. The purpose of the master's thesis was to synthesize bismuth molybdenum nanoparticles using various methods and to evaluate the photocatalytic efficiency of one of the products in RhB discoloration in the presence of visible light. The first set of experimental work involved the synthesis of bismuth molybdenum nanoparticles with different crystal structures. Mechanochemical, hydrothermal, sonochemical and low temperature salt melt (LTMS) methods were used. The prepared products were characterized by X-ray powder diffraction (RTG), transmission electron microscope (TEM) and thermogravimetric analysis (TGA). The photocatalytic activity of bismuth molybdenum crystal was evaluated by performing photocatalytic degradation of rhodamine B at room temperature under the visible light irradiation. The results showed that we were able to synthesize all three phase modifications of bismuth molybdates. Alpha and gamma bismuth molybdenum nanoparticles were synthesized by mechanochemical synthesis, hydrothermal synthesis helped to produce gamma and beta modified bismuth molybdates and sonochemical synthesis created beta bismuth molybdenum oxide. Using the UV-VIS spectrophotometer, Bi2Mo3O12 nanoparticles were evaluated for photocatalytic degradation of rhodamine B (RhB) in solution at room temperature under the VIS radiation. The absorption edge of Bi2Mo3O12 was found to be estimated at 435 nm, which corresponds to the bandgap value Eg = 2.78 eV. In the presence of both key factors, light and photocatalyst (Bi2Mo3O12), we achieved almost 100% degradation of RhB after 120 minutes of visible light irradiation.

Cilj rada bio je sintetizirati cinkov oksid karakteristične listićave strukture hidrotermalnom metodom te ispitati njegovu fotokatalitičku aktivnost. Ispitivan je utjecaj različitih čimbenika sinteze cinkova oksida na strukturu krajnjeg produkta: temperature i vremena sinteze, te koncentracije tvari u polaznoj otopini. Iz polazne vodene otopine cinkova acetata uz dodatak heksametilentetramina (HMTA) i natrijeva citrata uspješno su sintetizirani slojevi listićave strukture, čija je struktura sačuvana i nakon žarenja kojim su slojevi prevedeni u ZnO. Otopina bez dodatka HMTA također je dala hijerarhijsku strukturu, ali sinteza nije bila ponovljiva u većem volumenu. Ispitivanjem fotokatalitičke aktivnosti pripravljenih slojeva ZnO utvrđeno je da pokazuju fotoaktivnost, sličnu kao cinkov oksid dobiven postupkom kemijske depozicije iz metanolne otopine čija je fotokatalitička aktivnost utvrđena u ranijem istraživanju. Purpose of this paper was to synthesize zinc oxide with characteristic layered structure by hydrothermal synthesis and evaluate its photocatalytic activity. During the synthesis of zinc oxide, the influence of various factors on the final product structure, such as temperature and time of synthesis, as well as the concentration of the substance in the starting solution were examined. From the starting aqueous solution of zinc acetate with the addition of hexamethylenetetramine (HMTA) and sodium citrate, the layered structure was successfully synthesized. Layered structure of zinc oxide coatings was preserved during the annealing process. The solution without the addition of HMTA also gave a hierarchical structure, but the synthesis was not repeatable at greater volume. By testing photocatalytic activity, it has been found that hydrothermally synthesized zinc oxide shows photoactivity, similar to zinc oxide obtained by a chemical bath deposition process whose photocatalytic activity was determined in an earlier study.

U ovom radu ispitivani su optimalni parametri pri hidrotermalnoj sintezi s ciljem dobivanja trostrukog perovskita, Sr3Mn2MoO9, iz prekursora metalnih soli (Sr(NO3)2, Mn(NO3)2 • 4H2O, (NH4)6Mo7O24 • 4H2O) otopljenih u vodi. Ovakav trostruki perovskit bi teorijski bio izostrukturan s Sr3Fe2MoO9 zbog identičnog kationskog radijusa visokospinskih Fe3+ i Mn3+ (0.645 Å), ukoliko bi u ovom spoju ovi kationi bili visokospinski. Klasičan način dobivanja perovskita zahtijeva kontrolirano, dugotrajno i umjereno žarenje što se upravo ovim radom želi izbjeći, koristeći blaže uvjete (relativno niska temperatura, 150 ºC i 200 ºC) i kraće vrijeme sinteze (24h), uz manje troškove i ekološku prihvatljivost. Neprestani razvoj donosi novije i naprednije materijale koji sve više postaju nanometarskoga reda veličine. Upravo zbog toga provedena su elektrokemijska mjerenja kako bi se ispitala oksidacijska stanja metalnih kationa u početnoj otopini pri zadanim reakcijskim uvjetima i prisustvu jake lužine (natrijeva hidroksida). Cilj samoga rada je pronaći optimalne parametre za sintezu sustava koji sadrži tri kationske vrste (stroncij, mangan, molibden) ispitati sastav, morfologiju i stabilnost dobivenih produkata rentgenskom difrakcijom na prahu (PXRD), infracrvenom spektroskopijom (FTIR), UV/VIS spektroskopijom te termogravimetrijskom analizom (TGA). Ovaj rad je izrađen na Odjelu za kemiju Sveučilišta J.J. Strossmayera u Osijeku pod mentorstvom izv. prof. Igora Đerđa, a kao dio projekta Hrvatske zaklade za znanost – HRZZ (IP-2016-06-3115) i parcijalno kao dio projekta HAZU „Istraživanje složenih metalnih oksida na osnovi molibdena“.

U ovom radu istražena su morfološka, mikrostrukturna, poluvodička i električna svojstva vlakana hematita (α-Fe2O3) dobivenih procesom elektroispredanja pri tri različita protoka prekursorske otopine; 1,5 ml h^-1, 1,0 ml h^-1, 0,5 ml h^-1 i termičkom obradom na 700 °C, 1 h. Rezultati dobiveni EDS, ATR-FTIR, XRD i UV metodama potvrdili su da su dobivena čista α-Fe2O3 vlakna. SEM snimke hematitnih vlakana pokazale su kako njihova veličina (promjer) ovisi o protoku, tj. smanjuje se smanjenjem protoka. Električna svojstva α-Fe2O3 vlakana ispitana su metodom četiri točke, a korištenjem Taucova postupka utvrđeno je kako materijal posjeduje poluvodička svojstva. Loša električna provodnost usmjerila je istraživanje prema stvaranju kompozitnog materijala koji bi imao poboljšana elektrokemijska svojstva. U tu je svrhu hidrotermalnom metodom sintetiziran kompozitni materijal α-Fe2O3/reducirani grafenov oksid (rGO) iz otopina grafenova oksida (GO) i ekstrakta lista masline (ELM) u koje su dispergirana hematitna vlakna. Za ovu namjenu korištena su hematitna vlakna dobivena pri protoku 1,0 ml h^-1. Navedeni postupak provodio se pri pH 4 i pH 10, a dobiveni su kompozitni hidrogelovi. Za svaki uzorak kompozita sintetiziran je i pripadajući referentni rGO hidrogel koji nije sadržavao hematitna vlakna. Za uzorke kompozita α-Fe2O3/rGO i referentne uzorke rGO provedena je strukturna, morfološka i elektrokemijska karakterizacija. Ugradnja α-Fe2O3 vlakana u kompozit potvrđena je SEM i XRD rezultatima, a utvrđeno je i da su vlakna smanjila aglomeraciju listova rGO. Kako bi se provela elektrokemijska mjerenja sastavljeno je 6 simetričnih superkondenzatora koji su ispitani cikličkom voltametrijom (CV), elektrokemijskom impedancijskom spektroskopijom (EIS) i kronopotenciometrijom. Dobiveni rezultati pokazali su pozitivan utjecaj α-Fe2O3 vlakana na kapacitivna svojstva kompozitnog materijala. Microstructure of the hematite fibres (α-Fe2O3) obtained by the electrospinning process at three different flow rates of the precursor solution; 1,5 ml h^-1, 1,0 ml h^-1, 0,5 ml h^-1 and thermal processing at 700 °C, 1 h has been investigated. Using EDS, ATR-FTIR, XRD and UV methods it has been confirmed that the obtained fibres consisted only of α-Fe2O3. SEM images of the hematite fibres pointed out the fibre diameter / flow rate correlation, i.e. the slowest flow rate produced fibres with the smallest diameters. Electrical properties of α-Fe2O3 fibres have been examined using the four point probe method and the semiconducting properties have been confirmed using the Tauc model. Due to the low electrical conductivity of hematite the research was directed towards the formation of a composite material with enhanced electrochemical properties. A composite material α-Fe2O3/rGO has been obtained via a hydrothermal method using graphene oxide (GO) and olive leaf extract (ELM) solution with addition of hematite fibres (1,0 ml h^-1). This procedure was carried out at two different pH values; 4 and 10, and as a result composite hydrogels were obtained. In addition to this, for each composite sample a reference hydrogel without hematite fibres was synthesised, rGO. Morphological, structural and electrochemical characterizations have been conducted for the composite (α-Fe2O3/rGO) and reference (rGO) samples. SEM and XRD results confirmed the incorporation of the hematite fibres into the composite material as well as a partial prevention of the rGO sheet agglomeration. In order to carry out electrochemical measurements 6 symmetrical supercapacitors have been assembled and tested by means of cyclic voltametry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and chronopotentiometry. The obtained results showed a positive effect of the α-Fe2O3 fibres on capacitive properties of the composite material.

Uslijed sve veće proizvodnje i terapeutske primjene farmaceutika, otpadne vode onečišćene su farmaceuticima poput diklofenaka (DCF) te predstavljaju značajan ekološki problem. Farmaceutici spadaju u grupu mikroonečišćivala, čija se sve veća prisutnost primjećuje u površinskim i podzemnim vodama. Glavni izvor krije se u nedovoljnoj učinkovitost konvencionalnih metoda obrade, zbog čega se u posljednje vrijeme sve veća pažnja pridaje naprednim oksidacijskim procesima kao obećavajućim metodama uklanjanja mikroonečišćivala. Jedan od takvih procesa je i fotokataliza, proces razgradnje onečišćujućih tvari pod utjecajem UV/VIS zračenja uz prisutnost fotokatalizatora na kojem dolazi do efekta adsorpcije tih tvari i njihove razgradnje uslijed djelovanja radikalskih vrsta. U ovom radu prikazan je postupak sinteze BiVO4 fotokatalizatora, jednog od novijih i sve više istraživanih fotokatalizatora. Zanimljiv je upravo zbog fotokatalitičke aktivnosti pod utjecajem vidljive svjetlosti. Fotokatalizator je sintetiziran hidrotermalnom i sol-gel metodom, pri čemu se sol-gel metoda pokazala neuspješnom. Termogravimetrijskom analizom hidrotermalnog BiVO4 ustanovljena je velika količina etilen glikola preostalog iz sinteze u uzorku. Učinkovitost uklanjanja diklofenaka DCF-a hidrotermalnim BiVO4 ispitana je u suspenziji pri pH 4, 6 i 8, pod simuliranim Sunčevim zračenjem, pri čemu je uklanjanje DCF-a praćeno tekućinskom kromatografijom visoke djelotvornosti. Nakon 60 min fotokatalitičke obrade pri pH 4 uklonjeno je 31,67 % DCF-a, dok pri pH 4 i pH 8 tek 12,32 %, odnosno 3,12 % DCF-a. Uklanjanje DCF-a moglo se opisati gotovo podjednako dobro kinetičkim modelom 1. i 2. reda na temelju ocjenjivanja koeficijenta regresije. U daljnjim istraživanjima potrebno je poboljšati čistoću dobivenog BiVO4. Due to the increasing production and therapeutic use of pharmaceuticals, wastewater is contaminated by pharmaceuticals, such as diclofenac (DCF), and represents a significant environmental problem. Pharmaceuticals belong to the group of micropollutants, whose increasing presence is observed in surface and groundwater. The main source lies in the lack of efficiency of conventional treatment methods, which is why more and more attention has been recently given to advanced oxidation processes as promising methods for the removal of micropollutants. Amongst them is photocatalysis, a process for the degradation of pollutants under the influence of UV/VIS irradiation in the presence of a photocatalyst on which adsorption of these substances occurs and subsequent degradation by radical species. This work describes the synthesis process of BiVO4 photocatalysts, one of the more recent and increasingly studied photocatalysts. It is interesting because of photocatalytic activity under the influence of visible light. The photocatalyst was synthesized by hydrothermal and sol-gel methods. The sol-gel method was unsuccessful. Hydrothermal BiVO4 was analysed by thermogravimetric analysis, which revealed a large quantity of residual ethylene glycol within the sample. The efficiency (DCF) in water under simulated solar irradiation, samples were analyzed by high performance chromatograph. Removal efficiency was tested in suspension at pH values of 4, 6 and 8. At pH 4 the removal of DCF equaled 31.67%, whereas at pH 6 and 8 the removal was 12.32 % and 3.12 % respectively. The removal of DCF could be almost equally well fitted to 1st and 2nd order kinetic models, on the basis of regression coefficients. In further research, it is necessary to improve the purity of the obtained BiVO4.

U ovom radu je sintetiziran zeolit A pri temperaturi od 99 °C pri različitim vremenima sinteze od 4, 5 i 6 sati. Pripremljenim uzorcima je određen kapacitet izmjene kationa pomoću amonijeva acetata metodom po Kjeldahlu. Također, određena je i specifična površina pomoću Blaine-ovog zračnog permeabilimetra. Iz rezultata se vidi da povećanje vremena sinteze zeolita A pri istoj temperaturi od 99 °C uzrokuje smanjenje njegovih ionsko-izmjenjivačkih svojstava te mu se smanjuje specifična površina. In this paper Zeolite A was synthesized at a temperature of 99 °C and at different times of synthesis 4, 5 and 6 hours. Ion excange characteristics of prepared zeolite were determined by Kjeldahl ammonium acetate method. Specific surface area of prepared samples were determined using Blaine air permeabilimeter. The results show that increase of synthesis time at same temperature of 99 °C causes reduction of exchange capacity and specific surface of zeolite A.

V diplomskem delu smo raziskovali vpliv sinteznih pogojev na obliko, velikost in magnetne lastnosti stroncij heksaferitnih nanodelcev. Stroncij heksaferit (SrFe12O19) smo sintetizirali s hidrotermalno metodo, katere cilj je izboljšanje magnetnih lastnosti (nasičeno in remanentno magnetizacijo ter koercitivnost) preiskovanega materiala v primerjavi z do sedaj doseženimi vrednostmi tako sintetiziranega SrFe12O19. S spreminjanjem temperature in časa sinteze se spreminja morfologija delcev in posledično tudi njihove magnetne lastnosti. Od temperature in časa sinteze je odvisna velikost nanodelcev kakor tudi čistost produkta, ki vpliva na magnetne lastnosti vzorcev. Magnetne lastnosti sintetiziranega materiala smo še dodatno izboljšali z žarjenjem. In this diploma work, we have been investigating the influence of synthesis parameters on the morphology, size and magnetic properties of strontium hexaferrite nanoparticles. Strontium hexaferrite (SrFe12O19) has been synthesised by hydrothermal method, the purpose of which was to enhance magnetic properties (saturation magnetization, remanence and coercivity) of the investigated material in comparison to recently obtained values. By changing the temperature and time of the synthesis we were able to tailor nanoparticles' morphology and by doing so their magnetic properties have changed. Temperature and time of the synthesis dictate particle size and purity of product material, which influences its magnetic properties. Further enhancement of the magnetic properties of strontium ferrite was achieved by annealing.

Cilj ovog rada je bio provesti hidrotermalnu redukciju grafenova oksida (GO) potpomognutu reducensom, vegetacijskom vodom masline (OMW), u kojoj nastaje hidrogel reduciranog grafenovog oksida, rGOH+OMW. Također je provedena hidrotermalna redukcija bez reducensa u kojoj nastaje reducirani grafenov oksid, rGOH. Hidrotermalna sinteza se vodila pri temperaturi od 120°C i pri pH 7. Superkondenzatori su izrađeni od dobivenih materijala, GO, rGOH i rGOH+OMW na podlogama od nikla i staklastog ugljika (GC). Ispitani su metodama cikličke voltametrije, elektrokemijske impedancijske spektroskopije (EIS) i kronopotenciometrije. Specifični kapaciteti dobiveni metodom cikličke voltametrije iznose od 33 F/g do 57 F/g, s izuzetkom superkondenzatora koji je sastavljen od GO koji ima specifični kapacitet manji od 1 F/g. Rezultati dobiveni metodom EIS pokazuju kako se radi o superkondenzatorima dobrih kapacitivnh svojstava koji pokazuju manja odstupanja od idealnog ponašanja. Ovom metodom su također određeni otpori karakteristični za pojedini superkondenzator. Specifični kapaciteti izračunati iz kronopotenciometrije se kreću od oko 40 do 49 F/g i nešto su manji od kapaciteta dobivenih metodom cikličke voltametrije jer je mjerenje provedeno pri užem rasponu napona. Izračunate specifične snage se kreću od 18-40 kW/kg te prema Ragonevom dijagramu svrstavaju priređene superkondenzatore u skupinu izvora visoke snage. Vrijednosti specifične energije iznose od 28-40 W h / kg što odgovara iznosima karakterističnim za superkondenzatore. The objective of this research was to carry out hydrothermal reduction of graphene oxide (GO) supported by olive mill wastewater (OMW) that resulted in formation of reduced graphene oxide hydrogel, rGOH+OMW. Also, hydrothermal reduction was carried out without OMW that resulted in reduced graphene oxide hydrogel, rGOH. Hydrothermal synthesis was performed at 120°C and at pH 7. In order to assemble supercapacitor, the synthesized materials, GO, rGOH and rGOH+OMW, were applied on nickel or glassy carbon support. Supercapacitors were tested by using cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and chronopotentiometry methods. The specific capacitance values were calculated from cyclic voltammetry responses and it was in the range from 33 F/g to 57 F/g, except for supercapacitor made of GO hydrogel with specific capacitance below 1 F/g. EIS results has shown that the obtained supercapacitors had good capacitive behaviour with small deviations from ideal behaviour. Also, this method enabled estimation of the internal resistance of supercapacitor. The specific capacitance values calculated from chronopotentiometry were from 40 F/g to 49 F/g. These values are slightly different from the values obtained from cyclic voltammetry response due to the lower voltage values that were applied. The obtained specific power values were in the range from 18-40 kW/kg and according to the Ragone's diagram prepared supercapacitors belong to the group of high power supercapacitors. The obtained specific energy values were in the range from 28-40 W h / kg which corresponds to the values characteristic for supercapacitors.

Predmet rada ove doktorske disertacije usmeren je na detaljno ispitivanje strukturnih, morfoloških, i magnetnih svojstava različitih polimorfa mangan-dioksida sintetisanih hidrotermalnom metodom. Proučavani su polimorfi β-MnO2 tetragonalne rutilne strukture i α-KxMnO2 tetragonalne holanditne strukture. Ispitivani materijali dobijeni su različitim postupcima sinteze i oni su ispitivani rendgenostrukturnom analizom, skenirajućom elektronskom mikroskopijom, metodom energetski disperzivne spektrometrije, ramanskom i infracrvenom spektroskopijom, metodom elektronske paramagnetne rezonancije i primenom merenja magnetizacije pomoću SQUID-magnetometra u konstantnom (DC) i promenljivom (AC) spoljašnjem magnetnom polju. Na osnovu merenja skenirajuće elektronske mikroskopije utvrĎeno je da svi ispitivani materijali poseduju morfologiju nanoštapića, što je potvrĎeno i mikrostrukturnom karakterizacijom na osnovu rendgenostrukturnih merenja. Na osnovu merenja vibracione spektroskopije potvrĎene su strukturne karakteristike ispitivanih materijala. Kod β-MnO2 materijala koji poseduje jednostavniju rutilnu strukturu, infracrvenom spektroskopijom detektovana je dodatna traka koja potiče od čestica drugačije veličine i/ili oblika, dok su ramanskom spektroskopijom uspešno detektovane dve dodatne trake koje potiču od strukturno neureĎenog i nestehiometrijskog regiona MnO2-δ na površini nanoštapića. PotvrĎeno je da β-MnO2 materijal ima antiferomagnetni prelaz na 93 K, a za α-KxMnO2 materijale ustanovljeno je kompleksnije niskotemperatursko ponašanje. α-KxMnO2 materijali holanditne strukture ispoljavaju reentrant ponašanje spinskog stakla: stanje spinskog stakla se javlja na temperaturama niţim od temperature na kojoj se javlja slabo feromagnetno ureĎenje. Stanje superspinskog stakla na niskim temperaturama kod oba α-KxMnO2 materijala nedvosmisleno je potvrĎeno kroz ispitivanje magnetnih relaksacija, starenja i memorijskih efekata. Merenja elektronske paramagnetne rezonancije kod β-MnO2 i α-K0,15MnO2 materijala pokazala su prisustvo dva tipa Mn4+ jona koja se nalaze u različitom lokalnom katjonskom okruţenju: (i) Mn4+ joni u čijem su lokalnom katjonskom okruţenju uglavnom samo Mn4+ joni i (ii) Mn4+ joni oko kojih je mešovito Mn4+/Mn3+ okruţenje. Region sa mešovitom valencom mangana kod β-MnO2 materijala potiče od nestehiometrijskog sloja MnO2-δ na površini nanoštapića, a kod α-K0,15MnO2 materijala, lokalno katjonsko okruţenje sa mešovitom valencom mangana javlja se u neposrednoj blizini tunelnih kalijumovih katjona. Rezultati dobijeni u ovoj disertaciji značajni su za bolje razumevanje strukturnih i magnetnih karakteristika nanostrukturnih mangan-dioksida, naročito nedovoljno istraţenih magnetnih karakteristika α-KxMnO2 holanditne strukture. The research topic of this doctoral dissertation is a detailed study of structural, morphological and magnetic properties of different polymorphs of manganese dioxides that are hydrothermally synthesized. Polymorphs β-MnO2 with tetragonal rutile-type structure and α-KxMnO2 with tetragonal hollandite-type structure were studied. Investigated materials have been obtained by different synthesis pathways and they were examined by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Raman and infrared spectroscopy, electron paramagnetic resonance (EPR) and DC and AC magnetization measurements. SEM images showed nanorod shape of all specimens, while microstructure characterization done by XRD measurements revealed that crystallites have an elongated rod-like shape and hence, it confirmed the anisotropic morphology. Based on vibrational spectroscopic measurements, structural characteristics of investigated materials have been confirmed. In the infrared spectrum of β-MnO2 with a simpler rutile-type structure, the additional band that originates from particles of different shape and/or size has been obtained, while in the Raman spectrum, additional bands that originate from the presence of nonstoichiometric and disordered MnO2-δ on the surface of nanorods, have been obtained. Magnetic ordering of β-MnO2 is antiferromagnetic below 93 K, while α-KxMnO2 materials possess more complicated low-temperature behaviour of the reentrant spin-glass type: the onset of the spin-glass state occurs at temperatures below the weak ferromagnetic ordering. Low-temperature superspin-glass state has been confirmed through the investigations of magnetic relaxations, aging and memory effects. EPR measurements of β-MnO2 and α-K0.15MnO2 show the appearance of two types of Mn4+ ions having different local cationic environment: (i) Mn4+ ions in Mn4+-rich environment and (ii) Mn4+ ions in mixed-valence Mn4+/Mn3+ environment. For β-MnO2 material mixed-valence Mn4+/Mn3+ environment match up with nonstoichiometric MnO2-δ at the surface of the nanorods, while for α-K0.15MnO2 material local mixed-valence Mn4+/Mn3+ environment appears close to the tunnel potassium cations. The results obtained in this dissertation are important for a better understanding of the structural and magnetic properties of nanostructured manganese dioxides, in particular the insufficiently investigated magnetic properties of the α-KxMnO2 with holandite-type structure.

Povećani interes za „zelenu“ kemiju i ekološki prihvatljivim sintezama doveo je do razvoja raznih pristupa redukciji grafenova oksida (GO) kao alternativa tradicionalnim kemijskim procesima. Jedan od tih postupaka je i hidrotermalna sinteza. Prednosti hidrotermalne sinteze nad klasičnim metodama redukcije su, osim što osigurava bolju kontrolu procesnih parametara i stupnja redukcije, omogućava korištenje vode koja pri povišenim temperaturama i tlaku djeluje kao reducens i omogućuje heterolitičko cijepanje veza. Proces u konačnici dovodi do uklanjanja kisikovih funkcionalnih skupina na GO i djelomične regeneracije sp2 domena [1]. Negativna posljedica uklanjanja kisikovih skupina je aglomeracija grafenskih listova što dovodi do smanjenja njegove specifične površine. Jedna od djelotvornih strategija smanjenja aglomeracije je funkcionalizacija GO pseudokapacitivnim materijalima [2]. Prisutnost vodljivog polimera poput polianilina, polipirola i poli(orto- fenilendiamina) unutar strukture grafenskih listova rezultira smanjenjem aglomeracije grafena čime se poboljšava njegov elektrokemijski odziv. Nadalje, pseudokapacitivna svojstva vodljivog polimera mogu pridonijeti povećanju količine uskladištenog naboja u slučaju kad se ovaj materijal koristi u superkondenzatorima.U ovom radu ispitana je mogućnost simultane redukcije GO u rGO i oksidacije monomera u vodljivi polimer pri čemu se očekuje da će biti dobiven kompozitni materijali poboljšanih svojstava u odnosu na svojstva čistog rGO dobivenog hidrotermalnom redukcijom. Uvid u elektrokemijska svojstva dobiven je korištenjem cikličke voltametrije (CV) dok su strukturna i morfološka svojstva određena FTIR spektroskopijom te pretražnim elektronskim mikroskopom (SEM).

Cerijev (IV) oksid (CeO2) najveću primjenu ima u katalitičkim reakcijama kao katalizator i kao nosač katalizatora u mnogim industrijskim procesima, a također i za smanjenje emisije štetnih plinova tako što katalizira reakcije oksidacije metana i ugljikovog monoksida. Dopiranje bakrom znatno poboljšava toplinsku stabilnost CeO2, što proširuje mogućnosti njegove primjene bez straha da će doći do prekomjernog sinteriranja. Hidrotermalnom sintezom pri 120 °C u vremenu od 16 h, uz korištenje 8 mol/L NaOH kao otapala dobiven je čisti CeO2, kao i bakrom dopirani CeO2 s molarnim udjelima bakra 5, 10, 15, 20, 25 te 30 %. Provedbom rendgenske difrakcijske analize (XRD) te infracrvene spektroskopije s Fourierovom transformacijom (FTIR) praćena je struktura produkata, veličina kristalita, parametar jedinične ćelije te način ugradnje bakra u strukturu CeO2. Iz podataka dobivenih eksperimentalnom analizom vidljivo je da se bakar ugrađuje u kristalnu rešetku CeO2 te zamjenjuje ione Ce4+ u unutrašnjosti rešetke, što rezultira smanjenjem veličine kristalita s povećanjem udjela bakra i to od 4,15 nm za čisti CeO2 do čak 3,1 nm za uzorak s 20 mol. % bakra. Iz difraktograma i FTIR spektara je vidljivo da s povećanjem udjela bakra ne dolazi do nastajanja nove faze koja bi ukazivala na formiranje CuO. Ceria is mostly used in catalytic reactions both as catalyst and catalyst support in many industrial processes, and also to lower the emission of harmful gasses by catalyzing oxidation reactions of methane and CO. Adding copper as a doping material enhances the thermal stability, which leads to wider synthesis and processing options without fear of excessive sintering. Products of pure ceria and copper-doped ceria in 5, 10, 15, 20, 25 and 30 mol. % of copper were prepared by hydrothermal synthesis at 120 °C for 16 h, using 8 mol/L NaOH as solvent. Using X-ray diffraction (XRD) and Fourier transformation infrared spectroscopy (FTIR), the structure of products, crystallite size, unit cell constant and the way of embedding of copper into the CeO2 structure has been investigated. From the data obtained by experimental analyses it was clear that copper, as doping material, enters the ceria crystal structure and replaces Ce4+ ions, which results in smaller crystallite sizes by increasing molar fraction of copper, from 4,15 nm for pure ceria to 3,1 nm for sample with 20 mol. % of copper. From XRD patterns and FTIR spectra it is clear that no matter what molar fraction of copper was introduced into ceria, the CuO was not formed as a side product.

U ovom diplomskom radu sintetizirane su čvrste otopine sustava TiO2-Fe2O3 hidrotermalnim tretmanom u velikom rasponu množinskog udjela željezovih iona (do 50 %). Uzorci su pripravljeni iz vodenih otopina FeCl3·6H2O i TiCl4. Spojevi su analizirani rendgenskom difrakcijom na prahu, elektronskom mikroskopijom (pretražnom i transmisijskom), Ramanovom i Mössbauerovom spektroskopijom. Rezultati instrumentalne analize su pokazali prisutnost dviju kristalnih faza, anatasa i hematita. Rendgenskom analizom pokazano je da se željezovi ioni ugrađuju u kristalnu rešetku anatasa do množinskog udjela od 8 %, te da se nakon toga željezovi ioni ugrađuju u hematit. Kako se povećava udio željezovih iona do 20 % tako se i udio faze hematita povećava, međutim, nakon 20 % se udio hematita smanjuje te se u uzorku s 25 % primjećuje distorzija kristalne rešetke hematitne faze. Daljnjim povećanjem udjela željeza hematitna faza se ponovno javlja i njen udio raste. Fotokatalitička aktivnost je ispitana za uzorke s 1 % i 25 % željeza, no ovi uzorci nisu pokazivali značajnu fotokatalitičku aktivnost u razgradnji metilenskog modrila u vidljivom dijelu spektra. In this diploma thesis, solid solutions of the TiO2-Fe2O3 system were synthesized by hydrothermal treatment in a wide-compositional range with up to 50 mol% of iron cations. The samples were prepared from aqueous solutions of FeCl3·6H2O and TiCl4. The compounds were analysed by X-ray powder diffraction, electron microscopy (scanning and transmission), Raman and Mössbauer spectroscopy. The results of instrumental analyses showed that the crystal phases of the solid solutions are anatase and hematite. X-ray diffraction showed that iron cations are incorporated in the crystal structure of anatase up to 8 mol%, and after that, iron cations precipitate in the form of hematite. An increase of the molar fraction of iron cations up to 20 mol% caused increase of the fraction of the hematite phase. A further increase of the iron content up to 25 mol% caused a decrease of the hematite phase fraction and distortion of its crystal lattice. The fraction of the hematite phase increases again with an increase of the ion content up to 50 mol%. Photocatalytic activity was tested for the samples containing 1 % and 25 % of iron cations, but these samples showed no appreciable photocatalytic activity in degradation of methylene blue in the visible region of electromagnetic radiation.

Cerijev(IV) oksid pokazuje katalitičku aktivnost u procesima oksidacije hlapivih organskih spojeva. Visoka aktivnost cerijevog oksida pripisuje se lakoći Ce4+/Ce3+ redoks reakcije, velikom kapacitetu pohrane kisika i postojanosti kristalne strukture tijekom pohrane i otpuštanja kisika. U odnosu na makromaterijal, nanočestice cerijevog oksida pokazuju povećanu katalitičku aktivnost, a katalitička se svojstva mogu dodatno poboljšati dopiranjem metalnih iona u kristalnu rešetku CeO2. U ovom radu prikazana je hidrotermalna sinteza manganom dopiranih nanočestica cerijevog oksida. Uzorci su toplinski obrađeni pri 500 °C u trajanju od 2 h, a zatim su obrađeni i neobrađeni uzorci podvrgnuti rendgenskoj difrakcijskoj (XRD) analizi. Toplinska stabilnost procijenjena je iz porasta veličine kristalita izračunate iz Scherrerove jednadžbe. Pripremljene nanočestice karakterizirane su pomoću infracrvene spektroskopije s Fourierovom transformacijom (FTIR) i adsorpcijskodesorpcijskih N2 izotermi, a katalitička aktivnost određena je na temelju procesa oksidacije toluena. Utvrđeno je da tijekom hidrotermalne sinteze mangan ulazi u kristalnu rešetku cerijevog oksida. Veličina kristalita nakon hidrotermalne sinteze bila je 4, 8 nm, a nakon toplinske obrade 7, 6 nm. Utvrđeno je da je dopiranjem CeO2 s Mn došlo do poboljšanja katalitičkih svojstava CeO2.

Svrha ovog rada bila je priprema i karakterizacija kompozitnog materijala grafen/SnO2 hidrotermalnom sintezom potpomognutom mikrovalovima i klasičnom hidrotermalnom sintezom. Jedan od ciljeva ovog rada ujedno je bio i priprava i karakterizacija superkondenzatora koji se temelje na grafen/SnO2 aktivnim materijalima. Tijekom hidrotermalne metode potpomognute mikrovalovima produkt je dobiven u obliku suspendiranih čestica. dok je tijekom klasične hidrotermalne sinteze dobiven hidrogel. Kapacitivna svojstva uzoraka sintetiziranih u mikrovalnom reaktoru ispitana su korištenjem metode cikličke voltametrije i elektrokemijske impedancijske spektroskopije pri čemu je dokazano da KOMPOZIT 1, KOMPOZIT 2 i KOMPOZIT 3 karakteriziraju odlična kapacitivna svojstva. uz dobivene vrijednosti specifičnog kapaciteta od 3,51 do 91,94 Fg^-1. Kao najbolji pristup sintezi pokazao se postupak kojim je dobiven KOMPOZIT 2 stoga je navedeni pristup korišten tijekom hidrotermalne sinteze. U hidrotermalnoj sintezi su dobivena tri različita kompozita u obliku hidrogela (KOMPOZIT 21, KOMPOZIT 22 i KOMPOZIT 23) te su iz navedenih hidrogelova direktno priređeni superkondenzatori (Superkondenzator 1, Superkondenzator 3, Superkondenzator 2). Najbolja svojstva je pokazao Superkondenzator 3 kod kojeg je zabilježen specifični kapacitet od 55,92 F g^-1 te specifičnu energiju od 71,58 Ws g^-1. Uvid u morfologiju i sastav uzoraka dobiven je SEM snimkama koje pokazuju da je za KOMPOZIT 2 dobiven najveći udio SnO2 te da je sloj najhomogeniji. Kod hidrogelova je dokazana porozna struktura koja osigurava visoke kapacitete. XPS analizom uzoraka potvrđeno je da je došlo do redukcije grafenova oksida (GO) u grafen (rGO) i oksidacije Sn2+ u Sn4+. FTIR spektroskopijom dokazano je prisustvo određenih kisikovih funkcionalnih skupina kao i prisustvo –Sn-O- veze. Provedbom rendgenske difrakcije vidljivi su i karakteristični maksimumi koji odgovaraju strukturi SnO2. Navedene metode su dokazale da je tijekom sinteze doista došlo do formiranja kompozitnog materijala grafen/SnO2. The main purpose of this theses was the preparation and characterization of the composite material graphene/SnO2 using microwave-assisted hydrothermal synthesis and convencional hydrothermal synthesis. One of the aims of these theses was also the preparation and characterization of supercapacitors based on graphene/SnO2 active materials. The suspended particels were obtained using microwave-assisted hydrothermal synthesis, while hydrogel was obtained using classical hydrothermal synthesis. The capacitive properties of the samples prepared by microwave assisted method were examine using cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), which proven excellent capacitive properties of COMPOSITE 1, COMPOSITE 2 and COMPOSITE 3 were specific capacity values 3.51 - 91.94 Fg^-1 were obtained. The process of obtaining COMPOSITE 2 shown to be the best approach for synthesis and therefore it has been used during hydrothermal synthesis. In the hydrothermal synthesis three different composites were obtained in the form of hydrogels (COMPOSITE 21, COMPOSITE 22 and COMPOSITE 23) and supercapacitors (Supercapacitor 1, Supercapacitor 3 and Supercapacitor 2) were directly prepared by using these hydrogels. Supercapacitor 3 has shown the best properties were specific capacitance, 55.92 Fg^-1 and specific energy, 71.58 Ws g^-1 were recorded. Insight into morphology and composition of the materials was obtain by SEM technique showing that COMPOSITE 2 is the most homogeneous material, with the largest amount of SnO2. The porous structure is determine for hydrogels that provides high capacitance values. XPS analysis of the samples comfirmed reduction of graphene oxide (GO) to graphene (rGO) and oxidation Sn2+ in Sn4+. FTIR spectroscopy showed the presence of oxygen functional groups, as well as the presence of a –Sn-O- bonding. Using X-ray diffraction, the characteristic maximums corresponding to the SnO2 structure are visible. The methods used in this work have confirmed that graphene/SnO2 composite was obtained.

Solarne ćelije sa fotoosetljivom bojom predstavljaju profitabilnu alternativu konvencionalnim i komercijalizovanim uređajima na bazi kristalnog i amorfnog silicijuma, kadmijum-telurida i pseudo-ternarnih jedinjenja bakra, indijuma, galijuma i selena. Osnova ovih ćelija jeste poluprovodni film titan(IV)-oksida (TiO2) na koji je adsorbovan monosloj fotoosetljive boje. Boja i TiO2 zajedno predstavljaju tzv. fotoaktivnu elektrodu. Uloga boje jeste da apsorbuje zračenje, dok TiO2 osim mehaničke potpore boji obezbeđuje i protok fotogenerisanih elektrona. U cilju izrade efikasne fotoelektrode neophodno je obezbediti visoku poroznost i veliku specifičnu površinu filma TiO2, kao i optimizovati optička, morfološka i strukturna svojstva materijala... Dye-sensitized solar cells (DSSC) are cost-effective alternative to the conventional and commercialized photovoltaic devices based on amorphous or crystalline silicon (a- or c-Si), cadmium telluride (CdTe), and pseudo-ternary compounds of copper, indium, gallium and selenium. In the core of these cells is the semiconducting titania (TiO2) film, onto which is adsorbed a monolayer of the photosensitive dye. Together, TiO2 and dye form photoactive anode, or photoanode. The role of the dye is to absorb photons, while TiO2 apart from its role as mechanical support of dye molecules, provides the conduction of the photogenerated carriers. Major demands for highly efficient photoanode necessary include high porosity and high surface area of TiO2 film, and optimization of optical, morphological and structural properties...

U ovom su radu hidrotermalnom sintezom nanokristaliničnih prahova titanijevog dioksida (TiO2) dopiranih srebrom pripravljena tri uzorka (uzorak 1, uzorak 2 i uzorak 3). Za pripravu koloidne otopine (sola) upotrijebljeni su: titanijev izopropoksid (prekursor), 2-propanol (otapalo), octena kiselina (katalizator), acetilaceton (sredstvo za kompleksiranje), natrijev bor hidrid (redukcijski reagens) te srebrov nitrat (izvor srebra). Za karakterizaciju pripravljenih nanokristaliničnih TiO2 prahova dopiranih srebrom korištena je infracrvena spektroskopija s Fourierovom transformacijom (FTIR) i Ramanova spektroskopija. Rendgenskom difrakcijskom analizom prašaka (PXRD) određen je fazni sastav i veličina kristalita. Cilj je bio ispitati mogućnost primjene sintetiziranog TiO2 kao fotokatalizatora u naprednim oksidacijskim procesima za razgradnju farmaceutika u vodama primjenom zračenja sličnog Sunčevom. Ispitana je hidrolitička razgradnja nitrofurantoina, antibiotika namijenjenog liječenju urinarnih infekcija, heterogenom fotokatalizom s tri različita nanokristalinična praha TiO2 dopirana srebrom te jednim komercijalnim TiO2 prahom (P25) koji je korišten za usporedbu fotokatalitičkih svojstava sintetiziranih prahova. Rezultati ispitivanja pokazali su da je hidrolitička razgradnja nitrofurantoina moguća primjenom svih uzoraka TiO2 uz zračenje slično Sunčevom zračenju (sadrži vidljivu i UV komponentu). Najbolju fotokatalitičku aktivnost u razgradnji nitrofurantoina primjenom VIS zračenja (vidljivo zračenje, bez UV komponente) postignuta je primjenom uzorka 1. Slaba fotokatalitička aktivnost postignuta je komercijalnim uzorkom TiO2, dok uzorci 2 i 3 nisu fotokatalitički aktivni primjenom VIS zračenja. In this investigation, three samples (Sample 1, Sample 2, Sample 3) of silver-doped titania (TiO2) were prepared by hydrothermal synthesis. Chemicals used for the preparation of this colloidal suspension (sol) were: titanium isopropoxide (precursor), 2-propanol (solvent), acetic acid (catalyst), acetylacetone (complexing agent), sodium borohydride (reduction agent), as well as silver nitrate (source of silver). Prepared nanocrystalized silver-doped titania powders were characterized by means of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy. Powder X-ray diffraction (PXRD) was used to determine the phase composition and the size of the crystallites. The main goal was to examine the possible application of the synthesized TiO2 as a catalyst for the pharmaceuticals degradation in the advanced oxidation processes in water, under the solar-like radiation. Hydrolytic degradation of nitrofurantoin, an antibiotic used to treat urinary tract infections, by means of heterogeneous photocatalyst with three different nanocrystalline silver-doped TiO2 powders and one commercial TiO2 powder (P25), used for the comparison of the synthesized powders’ photocatalytic properties. Obtained results showed that the hydrolytic degradation of the nitrofurantoin with the solar-like radiation (consists of visible light and UV component) was possible for all three titania samples. The best photocatalytic activity in the nitrofurantoin degradation under the VIS radiation (visible light, without the UV component) was achieved with the Sample 1. Low photocatalytic activity was achieved with the commercial titania sample, while Samples 2 and 3 showed no photocatalytic activity under the VIS radiation.

V članku poročamo o rezultatih raziskovalnega dela v okviru sodelovanja med Institutom "Jožef Stefan" in tovarno ISKRA Feriti, d.o.o., v katerem smo razvili nov postopek za masovno pripravo MnZn-feritov, ki temelji na pripravi feritnih prahov s hidrotermalno obdelavo izhodnih oksidov. Z omenjeno metodo smo dobili feritne prahove, ki so po fazni sestavo podobni tistim, pripravljenim po klasičnem keramičnem postopku. Priprava prahov po hidrotermalni metodi je zahtevala prilagoditev celotnega tehnološkega procesa priprave feritov. Prednost hidrotermalne metode pred klasičnim keramičnim postopkom je predvsem v manjši porabi energije, saj poteka termična obdelava oksidne mešanice pri relativno nizkih temperaturah (260 [kompozitum]C - 320 [kompozitum]C) ter bistveno krajših časih, hkrati pa se je izkazalo, da imajo hidrotermalni prahovi velik potencial pri pripravi feritov MnZn z izboljšanimi lastnostmi. This article reports the results of a project to develop a new method for the preparation of MnZn ferrites, which was performed in the framework of a cooperation between the Jožef Stefan Institute and ISKRA Feriti d.o.o. The new method, which is based on the hydrothermal preparation of ferrite powders with a hydrothermal treatment of the usual starting oxides, results in powders with a similar phase composition to that of calcined powder. The hydrothermal preparation of the ferrite powders demanded an adaptation of the whole technological process of ferrite production. The advantage of the hydrothermal method, when compared to classic ceramic technology, is mainly in the reduced energy consumption related to the low processing temperatures (260-320 [compositum]C) and times. The hydrothermally synthesized powders have great potential when it comes to the preparation of MnZn ferrites with improved magnetic properties.

Svrha ovog rada bila je priprema i karakterizacija kompozitnog materijala grafen/SnO_2 hidrotermalnom sintezom potpomognutom mikrovalovima i klasičnom hidrotermalnom sintezom. Jedan od ciljeva ovog rada ujedno je bio i priprava i karakterizacija superkondenzatora koji se temelje na grafen/SnO_2 aktivnim materijalima. Tijekom hidrotermalne metode potpomognute mikrovalovima produkt je dobiven u obliku suspendiranih čestica. dok je tijekom klasične hidrotermalne sinteze dobiven hidrogel. Uvid u morfologiju uzoraka dobiven je korištenjem skenirajućeg elektronskog mikroskopa. XPS analizom uzoraka potvrđeno je da je došlo do redukcije grafenova oksida (GO) u grafen (rGO) i oksidacije Sn^2+ u Sn^4+. FTIR spektroskopijom dokazano je prisustvo određenih kisikovih funkcionalnih skupina kao i prisustvo –Sn-O- veze. Provedbom rendgenske difrakcije vidljivi su i karakteristični maksimumi koji odgovaraju strukturi SnO_2. Navedene metode su dokazale da je tijekom sinteze doista došlo do formiranja kompozitnog materijala grafen/SnO_2. Kapacitivna svojstva uzoraka ispitana su korištenjem metode cikličke voltametrije i elektrokemijske impedancijske spektroskopije pri čemu je dokazano da kompozite priređene u mikrovalnom reaktoru karakteriziraju dobra kapacitivna svojstva koja se mogu dodatno poboljšati ako je uzorak dobiven u obliku hidrogela. Za superkondenzator temeljen na hidrogelu dobiveni su specifični kapacitet od 55, 92 Fg^-1 te specifična energija od 71, 58 Whkg^-1.

Pripravljeni su i karakterizirani uzorci čistog i dopiranog cerijeva (IV) oksida, CeO2, te je testirana njihova katalitička aktivnost u procesu katalitičke oksidacije toluena koji je upotrijebljen kao modelni hlapljivi organski spoj. Provedena je serija sinteza nanočestica čistog CeO2 i dopiranog CeO2 sa 10 % množinskog udjela sljedećih dopanada: Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd i Al. Hidrotermalna sinteza provedena je bez ikakvih aditiva koji bi smanjili katalitičku aktivnost i mogli biti štetni za okoliš. Pripravljeni uzorci te uzorci zagrijavani 2 h na 500 °C analizirani su rendgenskom difrakcijom. Veličina kristalita izračunata je pomoću Scherrerove metode. Odabrani uzorci analizirani su infracrvenom spektroskopijom s Fourierovom transformacijom (FTIR), energijskom razlučujućom rendgenskom spektroskopijom (EDX), transmisijskim elektronskim mikroskopom visoke rezolucije (HR - TEM), spektroskopijom gubitka energije elektrona (EELS) te su određene N2 adsorpcijske / desorpcijske izoterme. Katalitička aktivnost je utvrđena na temelju oksidacije toluena u cijevnom reaktoru s nepokretnim slojem katalizatora, CeO2. Dobiveni rezultati pokazuju kako su Mn, Cu i Zn uspješno dopirani u kristalnu rešetku te nisu dobivene dodatne kristalne faze na difraktogramima. Kod dopiranja s ostalim metalnim kationima dolazi do nastanka dodatnih kristalnih faza, no ti rezultati ne isključuju ulazak kationa u rešetku. Dobivene veličine kristalita pripravljenih uzoraka čistog i dopiranog CeO2 nalaze se između 3 - 5 nm, dok su iste nakon termičke obrade između 9 - 17 nm. Veličina kristalita odgovara rezultatima dobivenim transmisijskom elektronskom mikroskopijom. CeO2 dopiran s Cu i Mn pokazao je značajnu katalitičku aktivnost za oksidaciju toluena. Uzorci dopirani sa Fe, Ni i Zn nisu pokazali značajno unaprjeđenje katalitičke aktivnosti dok su uzorci dopirani s Cd, Co i Al pokazali smanjenje katalitičke aktivnosti tijekom oksidacije toluena. Pure and doped nanocrystalline ceria have been prepared, characterized and tested for catalytic activity in process of catalytic oxidation of toluene as volatile organic compound model. A series of hydrothermal synthesis was performed and the products were pure ceria and doped ceria where 10 at. % of Ce was replaced with Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd and Al. Hydrothermal synthesis was performed without additives which would reduce the catalytic activity or could be toxic for the environment. The prepared samples and samples thermally treated at 500 °C for 2 h are studied by X-ray diffraction (XRD). Average crystalline sizes were calculated using Scherrer’s method. Selected samples were also analyzed with Fourier transformation infrared spectroscopy (FTIR), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), transmission electron microscope (TEM), electron energy loss spectroscopy (EELS) and N2 adsorption/desorption isotherms. Catalytic activity was tested based on the toluene oxidation process in a tube reactor with a fixed catalyst layer. The obtained results show that Mn, Cu and Zn were successfully incorporated into the crystal lattice without additional crystalline phases, while for other investigated metals additional crystal phases appear. Crystallite sizes of prepared doped ceria samples were between 3 and 5 nm, while thermal treatment causes the increase in crystallite size to a range between 9 and 17 nm. Crystallite size matches well with particle size determined using TEM. CeO2 doped with Cu i Mn showed significant catalytic activity for process of toluene oxidation. Samples doped with Fe, Ni and Zn did not show significant advancement of catalytic activity while samples doped with Cd, Co and Al showed a decrease in catalytic activity for toluene oxidation process.

Cilja doktorske disertacije sta bila razvoj fotokatalitsko aktivnega TiO2 v rutilni kristalni modifikaciji na vidni svetlobi in razvoj UV absorberja rutilnega TiO2, ki je fotokatalitsko neaktiven. S tem namenom smo v okviru doktorske disertacije poiskali dopanta, ki sta ustrezno modificirala kristalno strukturo TiO2. Proučili smo vpliv kovinskih in nekovinskih dopantov na fotokatalitsko delovanje TiO2, za kar smo uporabili rutilno kristalno modifikacijo TiO2 in hidrotermalno metodo. Pred tem smo z uporabo hidrotermalne metode proučili različne pogoje za nastanek monokristaliničnih rutilnih TiO2 delcev. Za proučevanje kovinskih dopantov smo uporabili ione Fe, Mn in Cu. Ugotovili smo, da uporabljeni kovinski dopanti inhibirajo fotokatalitsko delovanje TiO2, vendar se v učinkovitosti inhibicije razlikujejo. Dopant, ki najučinkoviteje inhibira fotokatalitsko aktivnost TiO2, je Mn. Pri inkorporaciji kovinskih dopantov v kristalno rešetko TiO2 smo znižali energijsko vrzel in premaknili absorpcijski rob dopiranih vzorcev v vidni del svetlobnega spektra. Pri proučevanju vpliva nekovinskih dopantov na povišanje fotokatalitske aktivnosti rutilnega TiO2 smo proučili ione dopantov N in S. Pri nekovinskih dopantih ne velja splošno pravilo o povišanju fotokatalitske aktivnosti. Rezultati kažejo, da ioni dopanta S znižajo fotokatalitsko aktivnost TiO2, medtem ko ioni N učinkovito zvišajo fotokatalitsko aktivnost v UV in vidnem delu svetlobnega spektra. Ugotovili smo, da z dopiranjem rutilnega TiO2 z N lahko izdelamo fotokatalizator, ki deluje na vidni svetlobi. Pri inkorporaciji nekovinskih dopantov ne pride do znižanja energijske vrzeli, kot tudi ne do večjega premika absorpcijskega roba v vidni del svetlobnega spektra. Dopant N se intersticijsko vgradi v kristalno rešetko. Rutilna kristalna modifikacija je bila na področju razvoja fotokatalizatorja na vidni svetlobi do sedaj v ozadju, saj ni izkazovala dobrih fotokatalitskih lastnosti. Z našimi preliminarnimi raziskavami pa smo ugotovili, da rutilna kristalna modifikacija izkazuje višjo fotokatalitsko aktivnost kot anatasna. Z razvojem rutilnega vidnega fotokatalizatorja smo rutilni kristalni modifikaciji pripisali velik pomen na področju fotokatalize. Hkrati pa smo tudi razjasnili vpliv uporabe kovinskih in nekovinskih dopantov na fotokatalitsko aktivnost rutilnega TiO2 ob uporabi hidrotermalne sinteze. Naši izsledki imajo pomemben doprinos k razvoju znanosti na tem področju. The aim of the present work was to develop a photocatalytically active rutile TiO2 under visible light conditions. Furthermore, the aim was also to develop a UV absorber based on rutile TiO2 that would have no observable photocatalytic activity. To achieve the aims of the present work, we focused our examination on finding appropriate dopants that enable the modification of rutile crystal structure and thus influence its photocatalytic activity. We investigated incorporation of both metal and nonmetal dopants and their respective influence on the photocatalytic activity of rutile TiO2. The doping of rutile TiO2 was carried out using the hydrothermal method. The hydrothermal method was also used to study various synthesis parameters and their influence on the formation of monocrystalline particles. Metals dopants used in the present study were ions of Fe, Mn and Cu. We have determined that the used metal ions inhibit the photocatalytic activity of TiO2 and that the level of inhibition varies on the type of metal dopant. The most effective metal dopant to inhibit the photocatalytic activity is Mn. We have also found out that when metal ions are incorporated into the crystal lattice, the TiO2 bandgap is lowered and the absorption edge is shifted into the visible light range. To enhance the photocatalytic activity of TiO2, we used nonmetal dopants, N and S. We have found that there is no general rule on how the nonmetal dopants influence the photocatalytic activity of TiO2, since our results show that S dopant lowers, while N dopant effectively enhances the photocatalytic activity in both UV and visible light spectra, respectively. By incorporating N dopant into the TiO2 crystal lattice, we were able to produce a photocatalyst that is active in visible light spectra. We determined that nonmetal dopants do not lower the TiO2 bandgap and also do not shift the TiO2 absorption edge at the visible light wavelength position. We conclude that N ions are interstitially incorporated into the TiO2 crystal lattice. Based on the literature overview, it was clearly observed, that the rutile TiO2 modification was not regarded as a potentially suitable visible light photocatalyst, since the observed activities were mostly lower than with anatase. Our findings, however, have shown that by using appropriate dopants, rutile TiO2 can be transformed into a superior photocatalyst than anatase. Therefore, the rutile TiO2 can be a potentially very important material that enables visible light photocatalytic activity. In our work we have also clarified the influence of both metal and nonmetal dopants on the TiO2 photocatalytic activity of materials prepared by using the hydrothermal method. Our findings are therefore a major contribution in the field of heterogenous photocatalysis.

U ovom radu je sintetiziran zeolit A pri temperaturama od 95 o C, 99 o C i 105 o C te pri različitim vremenima sinteze od 2 i 4 sata. Pripremljenim uzorcima zeolita je određen kapacitet izmjene amonij- acetatnom metodom po Kjeldahlu. Također je određena i specifična površina pomoću Blaine-ovog zračnog permeabilimetra. Iz rezultata je vidljivo da se povećanjem temperature sinteze zeolita A poboljšavaju njegova iono-izmjenjivačka svojstava (izuzev pri temperaturi od 99 ᵒC). Povećanjem vremena sinteze s 2 na 4 sata pri istoj temperaturi povećava se kapacitet izmjene zeolita A. Metoda određivanja specifične površine pomoću Blaine-ovog zračnog permeabilimetra nije pogodna za zeolitne materijale. In this paper Zeolite A was synthesized at a temperatures of 95 °C, 99 °C and 105 °C and at different times of the synthesis of 2 and 4 hours. Ion excange characteristics of prepared zeolite were determined by Kjeldahl ammonium acetate method. Specific surface area of prepared samples were determined using the Blaine air permeabilimeter. The results show that the increase in temperature synthesis of zeolites A improve its ion-exchange properties (except at a temperature of 99 ᵒC). By increasing the synthesis of time from 2 to 4 hours at the same temperature increases the exchange capacity of zeolite A. The method of determining the specific surface area by Blaine's air permeabilimeter not suitable for zeolite materials.

Četiri polimorfa vanadijum-dioksida privlače pažnju zbog svojih jedinstvenih osobina, dok je polimorf VO2(B) posebno interesantan zbog katalitičkih i elektrohemijskih osobina. VO2(B) monoklinični polimorf, pored toga što se koristi kao katalizator, privlači pažnju naučnika i ispituje se njegova primena kao elektrodnog materijala u litijum-jonskim baterijama. Cilj ove doktorske disertacije je ispitivanje mogućih primena VO2(B). U prvom delu disertacije, ispitivan je uticaj katalitičkih osobina VO2(B) na desorpciju vodonika iz MgH2, dobro poznatog čvrstog medijuma za skladištenje vodonika. U drugom delu disertacije VO2(B) je ispitivan kao potencijalni anodni materijal u Li-jonskim baterijama. Kao katalizator, VO2(B) je dodavan u različitim masenim procentima osnovnom materijalu MgH2, a zatim je vršeno mehaničko mlevenje ovih uzoraka da bi se postigla ravnomerna distribucija katalizatora u osnovni materijal. Kao rezultat korišćenja dva različita mehanička mlina i variranjem koncentracija katalizatora, dobijene su dve serije uzoraka. Uzorci su zatim ispitivani metodama rendgenostrukturne analize, skenirajuće elektronske mikroskopije i laserskim određivanjem raspodele veličine čestica, radi utvrđivanja fazne i morfološke strukture. Termalnim metodama analize su zatim ispitivane desorpcione osobine uzoraka. Utvrđene su najoptimalnije koncentracije i parametri za dobijanje najboljih desorpcionih rezultata. Postignuto je smanjenje desorpcione temperature za oko 60°C u odnosu na čist MgH2. Zatim je izvršeno cikliranje uzoraka na različitim temperaturama i pritiscima, a različitim kinetičkim modelima izračunate su prividne energije aktivacije za disocijaciju vodonika koje iznose 54kJ/mol i 65kJ/mol. Uzorci su ispitani metodama ramanske i infracrvene spektroskopije i zaključeno je da se desorpcija odvija preko multivalentnog sistema VO2/VH2. Zaključeno je da su postignute odlične sorpcione osobine uzoraka i veoma brza kinetika (~94% desorbovanog vodonika za samo 85 sekundi na 360°C/1bar) zahvaljujući mehaničkom mlevenju u visoko-energetskom mlinu sa katalizatorom... Four polymorphs of vanadium-dioxide draw attention because of their unique properties, while polymorph VO2(B) is interesting because of its catalytic and electrochemical properties. Eventhough monoclinic polymorph VO2(B) draws attention of a scientific comunity primary as a catalyst, there is also considerable interest in its application as an electrode material in Li-ion batteries. The aim of this dissertation is to investigate possible applications of VO2(B) as a catalyst for dehydration reaction of MgH2 and as an intercalate material in lithium batteries. The first part of dissertation deals with catalytic activity of VO2(B) while in the second part of dissertation VO2(B) has been examined as a potential anode material in Li-ion batteries. As a catalyst, VO2(B) was added in different weight ratios to a base material (MgH2), and mechanically milled in order to achieve an even distribution of catalyst in MgH2 base material. As a result of using two different mechanical mills and various catalyst concentrations, two series of materials were produced. Afterward, samples were examined by X-ray diffraction method, scanning electronic microscopy and laser scattering particle size distribution analyzer, in order to determine the phase and morphological structure. Desorption properties of materials were investigated by methods of thermal analysis. The optimal concentration and parameters were determined for achieving the best desorption results. The reduction of desorption temperature of about 60°C was achieved compared to desorption temperature of pure MgH2. Subsequently, cycling of samples was carried out at different temperatures and pressures. Using different kinetic models, apparent activation energies for desorption were determined: 54kJ/mol and 65kJ/mol. Raman and infrared spectroscopic methods were applied and it was concluded that desorption occurs via VO2/VH2 multivalent system. It was concluded that great sorption properties and very fast kinetics (~94% of hydrogen was desorbed in just 85 seconds at 360°C/1bar) were achieved thanks to...

U okviru ove doktorske disertacije proučavan je uticaj novog načina sinteze tj. hidrotermalno potpomognutog modifikovanog Pećinijevog postupka na formiranje strukture i karakteristike barijum-stroncijum-titanatnog (BST) praha, kao i na svojstva dobijene keramike. Prekursorski rastvor barijum stroncijum titanata (Ba0.8Sr0.2TiO3) dobijen je modifikovanim Pećinijevim postupkom, tj. metodom kompleksne polimerizacije polazeći od rastvora titan-citrata, barijum- i stroncijum-acetata. Razblaženi prekursorski rastvor BST tretiran je hidrotermalnim postupkom u reakcionom sudu autoklava na temperaturi od 225 ºC, pritisku od 6.8 MPa, i vremenu trajanja reakcije od 5 h. Prekursorski prah BST je dalje termički tretiran na različitim temperaturama (500-800 °C) u cilju formiranja kristaliničnog BST praha. Fazna evolucija tokom kristalizacije BST prahova praćena je metodom difrakcije rendgenskog zračenja i Ramanske spektroskopije. Rezultati rendgenske difrakcije i Ramanske spektroskopije BST prahova dobijenih hidrotermalnim postupkom, pokazali su da kalcinacijom na 700 ºC dolazi do formiranja kristaliničnog tetragonalnog BST praha, koji ne sadrži organske i karbonatne faze. Morfologija prahova analizirana je skanirajućom elektronskom mikroskopijom. Prahovi dobijeni hidrotermalnim postupkom su aglomerisani i sastoje se od sfernih čestica veličine do 2 μm u prečniku. Keramički uzorci dobijeni su postupkom jednoosnog presovanja BST praha kalcinisanog na 700 ºC u tablete prečnika ~ 8 mm i njihovim sinterovanjem na temperaturi od 1280 ºC u trajanju od 1 do 32 h. Ispitivan je uticaj vremena sinterovanja na fazni sastav, strukturne i mikrostrukturne parametre, dielektrična i feroelektrična svojstva dobijene keramike... In this doctoral dissertation the influence of new synthesis method, i.e hydrothermally assisted modified Pechini method, on the structure formation and properties of barium strontium titanate powder, as well as properties of obtained ceramics. The BST (Ba0.8Sr0.2TiO3) precursor solution was prepared using modified Pechini method, i.e complex polymerization method starting from titanium citrate, Ba- and Sr- acetate. Precursor solution was hydrothermally treated in high pressure autoclave for 5 h, at the temperature of 225 °C and pressure of 6.8 MPa in order to obtain BST precursor powder. Such obtaned precursor powder was further thermally treated at different temperatures (500-800 ºC) in order to obtained crystalline BST powder. XRD and Raman studies were carried out in order to estimate the phase evolution and crystalline structures of BST powders calcined at various temperatures. XRD and Raman measurements confirmed complete crystallization of tetragonal BST at 700 ºC, with no presence of organic and carbonate phases. The morphology of BST powders was analysed using scanning electron microscopy. Thermal treatment of precursor powder at 700 °C, led to formation of low agglomerated BST powder consists of spherical particles up to 2 μm in size. After detailed examination of the BST powder characteristics, using uniaxial press and sintering at 1280 ºC for a various sintering time (1-32 h), BST ceramic samples were obtained. The sintering effect on phase composition, structural and microstructural parameters, dielectric and ferroelectric properties was investigated...

Provedena je serija hidrotermalnih sinteza nanočestica cerijeva (IV) oksida, CeO2, pri čemu je za procjenu relativne važnosti parametara koji utječu na specifičnu površinu i na ostala svojstva CeO2 korišten Taguchi eksperimentalni dizajn. Pripravljene CeO2 nanočestice karakterizirane su različitim tehnikama uključujući rendgensku difrakciju (XRD), adsorpcijsko-desorpcijske izoterme, infracrvenu spektrometriju s Fourierovim transformacijama signala (FTIR), termogravimetrijsku analizu (TGA) i pretražnu elektronsku mikroskopiju (SEM). Optimalni uvjeti za dobivanje čestica s većom specifičnom površinom izračunati su korištenjem Taguchi modela s izvedbenom značajkom „više je bolje“. Utvrđeno je kako niža razina temperature hidrotermalne sinteze ima najveći utjecaj na dobivanje čestica s većom specifičnom površinom. Kao rezultat dobiven je mezoporozni nanokristalinični CeO2 specifične površine 226 m2g-1 što je do sada najveća specifična površina nanočestica CeO2 dobivenih hidrotermalnom sintezom ikada. Dobiveni su vrlo fini kristaliti, veličine 5.9 nm te je pokazano kako je njihova veličina obrnuto proporcionalna sa veličinom specifične površine ; što su manje veličine kristalita to je njihova specifična površina veća. Razlog važnosti temperature kao parametra koji najviše utječe na specifičnu površinu je njen utjecaj na difuzijski koeficijent. Mali difuzijski koeficijent favorizira nukleaciju, dok se njegovim povećavanjem favorizira rast kristala i formiranje jednodimenzionalnih struktura (nanoštapića). Utvrđeno je kako prisutnost 1D struktura u uzorku izaziva manju specifičnu površinu. Izabrani uzorci bili su testirani kao katalizatori za oksidaciju čađe te se ispostavilo kako je morfologija uzorka odlučujući faktor za katalitičku aktivnost.

Predmet rada i istraživanja ove doktorske disertacije su sinteza i strukturnekarakteristike novih kristalnih arsenata i fosfata koji sadrže Mg, K, Ca, Mn, Fe, Co, Ni,Cu, Zn, Sr, Ba i druge katjone. U strukturama arsenata i fosfata, AsO4- i PO4-tetraedrinajčešće se vezuju sa tetraedarski ili oktaedarski koordinisanim katjonima prelaznihmetala formirajući otvorene strukture (slojeve ili 3D mreže) sa širokim opsegomrazličitih topologija. U šupljinama ili porama u obliku povezanih ili nepovezanihkanala, tunela, kaveza i međuslojnog prostora mogu se ugraditi različiti vanmrežni joni(obično alkalni i zemnoalkalni katjoni) ili molekuli (najčešće mali organski molekuli),što čini ova jedinjenja veoma interesantnim zbog njihovih fizičkih i hemijskih osobina ipotencijalne primene.U okviru ispitivanja sistema T1O–T2O–X2O5–(H2O)–Y, gde je T1 dvovalentni ilijednovalentni (K+, Ca2+, Zn2+, Sr2+, Ba2+), T2 dvovalentni ili trovalentni (Mg2+, Mn2+,Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Fe3+, Co3+), X petovalentni (P5+, As5+) katjon, a Y jevanmrežni katjon H2(C2H8N2)2+ ili NH4+ sintetisana su nova jedinjenja metodomniskotemperaturne hidrotermalne sinteze i određene njihove kristalne strukture. Cilj jebio da se u okviru ovog sistema sintetišu monokristali koji u mikroporama ilimeđuslojnom prostoru sadrže različite jone i molekule kao što je etilendiamin,C2H4(NH2)2, ili odgovarajuća protonovana forma.Kvalitet dobijenih monokristala proveravan je pomoću optičkog mikroskopa ilibinokularne lupe i strukture kristala određene su metodom rendgenske difrakcije namonokristalu. Za morfološku i hemijsku karakterizaciju korišćena je metoda skenirajućeelektronske mikroskopije (SEM) dopunjena energetsko-disperzivnim sistemom (EDS).Kod kristala koji su zahtevali preciznu kvantitativnu hemijsku analizu korišćena jeelektronska mikrosonda, a metoda ramanske spektroskopije korišćena je za određivanjeprisustva H2O, (OH)−, (NH4)+ i NH3.Pokazano je da četiri sintetisana kristala imaju zeolitski DFT-tip strukture. To su(H2en)[ZnAsO4]2 (ZnAs), (H2en)[Co0,1Zn0,9AsO4]2 (ZnCoAs),... The doctoral dissertation research subjects are the synthesis and structuralinvestigation of new arsenate and phosphate containing Mg, K, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu,Zn, Sr, Ba and other cations. In the structures of arsenates and phosphates, AsO4- andPO4-tetrahedra are usually linked with tetrahedrally and octahedrally coordinatedcations of transition metals forming open structures (layers or 3D frameworks) with awide range of different topologies. In the holes, or pores, which are in the form of aconnected or unconnected channels, tunnels, cages and the interlayered space, variousnon-framework ions (usually alkaline and earth alkaline cations) or molecules (usuallysmall organic molecules) can be incorporated. Therefore these compounds are veryinteresting due to their physical and chemical properties and potential applications.In the course of the investigation of the T1O–T2O–X2O5–(H2O)–Y system,where T1 is a divalent or monovalent (K+, Ca2+, Zn2+, Sr2+, Ba2+), T2 divalent ortrivalent (Mg2+, Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Fe3+, Co3+), X pentavalent (P5+,As5+) cation, and Y is non-framework cation H2(C2H8N2)2+ or NH4+, several novelcompounds have been synthesized using the low temperature hydrothermal synthesismethod, and their crystal structures have been determined. The aim was to synthesizesingle crystals with micropores or interlayer space containing different ions andmolecules like the ethylenediamine, C2H4(NH2)2, or the corresponding protonatedforms.The quality of the obtained single crystals was evaluated using an optical orbinocular microscope, and the crystal structure was solved using single-crystal X-raydiffraction data. For the morphological and chemical characterization the scanningelectron microscopy (SEM), coupled with energy-dispersive system (EDS) was used.The electron microprobe provide precise quantitative chemical analysis, and the Ramanspectroscopy method was used for the determination of the presence of H2O, (OH)−,(NH4)+ and NH3... hydrothermal synthesis, microporous compounds, arsenates, phosphates,single crystal X-ray diffraction

Proteins were proved to be type-independent templates for the biomineralization of iron ions into hematite mesocrystals with tunable structures and morphologies under hydrothemal conditions. Our finding could pave the way for the synthesis of mesocrystals with controlled stuctures and morphologies using templates of low-cost proteins.

A carbon-rich solid product has been synthesized by hydrothermal treatment from fructose with HNO3 at temperature of 140°C. The concentration of the precursor was changed in order to investigate how its change influences formation of carbon microspheres. pH value for every sample was the same, i.e. 1. The formation of the carbon rich solid through the hydrothermal carbonization of fructose is the consequence of dehydration reactions. Obtained carbon material is made of spherical micrometer-sized particles with the diameter in the 1-6 µm range, which can be modulated by modifying the concentration of fructose in solution. The best results are obtained with smaller concentrations of fructose. Spherical particles have more regular shape and they are less agglomerated. The structure and surface chemical properties of obtained material were characterized by scanning electron microscopy (SEM), Fourier-transform infrared (FTIR) spectra and elemental analysis. Čvrsti proizvod bogat ugljenikom je sintetizovan hidrotermičkim tretmanom fruktoze sa HNO3 na temperaturi od 140 °C. Koncentracija prekursora bila je menjana da bi se istražilo kako njegova promena utiče na formiranje mikrosfere atoma. pH vrednost za svaki uzorak bila je isti 1. Formiranje čvrstog proizvoda bogatog ugljenikom preko hidrotermičke karbonizacije fruktoze posledica je dehidracionih reakcija. Dobijeni ugljeni materijal izrađen je od sfernih čestica veličine prečnika od 1 do 6 µm, koji se može modulisati promenom koncentracije fruktoze u rastvoru. Najbolji rezultati se dobijaju sa manjim koncentracijama fruktoze. Sferne čestice imaju više pravilan oblik i oni su manje aglomerisane. Strukture i površinske hemijske osobine dobijenog materijala su sagledavane skeniranjem elektronskim mikroskopom (SEM) , FTIR-om i spektralnim i elementarnim analizama.

Doktorska disertacija obuhvata istraživanja fundamentalnih aspekata i strategija sinteze koloidnih nanokristala, nanostruktura i submikronskih kristala nekoliko neorganskih oksidnih materijala i zlata, hidrotermalnim i solvotermalnim procesima. Motivacija za istraživanja je opšti naučni interes za poznavanjem mehanizama sinteze koloidnih nanokristala i rasta kristala u hidrotermalnim i solvotermalnim uslovima u cilju uspostavljanja metoda kontrolisane sinteze homogenih i heterogenih funkcionalnih nanostruktura. Dalja istraživanja su vođena u dva pravca, formiranje različitih struktura višeg reda supramolekulskim interakcijama i potencijalna implementacija sintetisanih materijala u praksi. Materijal koji je po obimu najviše bio zastupljen u istraživanjima koja su obuhvaćena doktorskom disertacijom je kalcijum hidroksiapatit (HAp) i njegovi parcijalno supstituisani derivati sa jonima Co2+ (CoHAp) i Zr4+/ZrO2 (ZrHAp). Ispitana je sinteza HAp, CoHAp i ZrHAp u hidrotermalnom sistemu bez prisustva organskih supstanci. Uračena je detaljna karakterizacija uzoraka metodama kao što su rendgenska difrakcija na prahu (XRD), laserska difrakcija (LD), atomska spektroskopija (ICP AS) i skanirajuća elektronska mikroskopija (SEM). U nastavku istraživanja, ekstenzivno su ispitani HAp i CoHAp sa različitim udelima supstituisanog kobalta u strukturi u in vitro i in vivo biološkim uslovima kao funkcionalnog materijala za reparaciju oštećenog koštanog tkiva mandibule pacova. Dobijeni rezultati pokazuju da sinergistiĉki efekti u biološkim sistemima prilikom implantacije CoHAp materijala, omogućavaju iznenađujuće brzu regeneraciju i povećanje gustine koštanog tkiva. Ispitana je mogućnost sinteze ambifilnih nanočestica HAp u kombinovanom dvofaznom hidrotermalnom sistemu uz pomoć trietanolamina i oleinske kiseline. Karakterizacija uzoraka LD, SEM i infracrvenom spektroskopijom sa Furijeovom transformacijom (FTIR), kao i makroskopska svojstva, potvrdila su da sintetisane ĉestice HAp imaju dvostruku polarnost, što je pokazano stabilizacijom Pikeringovih emulzija za primenu u nanobiotehnologiji. Drugi, veći deo istraživanja, se odnosi na okside gvožđa. Detaljno je istražena kombinovana jednofazna i dvofazna solvotermalna hidrolitiĉka metoda u smeši rastvaraĉa za sintezu koloidnih nanokristala magnetita. U zavisnosti od prekursora i odnosa rastvaraĉa, dobijeni su monodisperzni alkil – terminisani superparamagnetni nanokristali oksida gvožđa (SPION's) veličine od 5 nm do 20 nm. Ovo je potvrđeno metodama kao što su XRD, FTIR, transmisiona elektronska mikroskopija (TEM), elektronska difrakcija (ED), dinamičko rasejanje svetlosti (DLS) i magnetometrija sa vibrirajućim uzorkom (VSM). Nanokristali veličine 5 nm imaju magnetizaciju saturacije 40 emu/g. Alkil – terminisani SPION's su imobilisani u polimernu matricu poli-L-laktida:polietilenimina i dobijene su stabilne disperzije hibridnih magnetnih nanočestica u vodi, sa česticama veličine oko 200 nm. Sve ovo je takoće potvrđeno TEM, ED i LD tehnikama. Sintetisani SPION's su takoĊe upotrebljeni za sintezu hetero nanodimera zlato – magnetit. Dimer je karakterisan TEM i UV – VIS spektroskopijom. Submikronski kristali hematita α – Fe2O3 oblika pločica sintetisani su hidrotermalnom metodom. Kristalografska analiza je pokazala da pločice imaju preferentni rast duž [012] kristalografskog pravca. Usmereni rast pločica je postignut dodavanjem male koliĉine oleatnog liganda u sistem. Pomoću magnetnih merenja ustanovljeno je da je vrednost koerecitivnosti ovih pločica veća u poređenju sa kompaktnim hematitom. Magnetna svojstva ovih struktura su u jakoj korelaciji sa njihovom morfologijom, što je bilo predmet daljih istraživanja. Sledeće, ispitana je hidroliza molekulskog prekursora Fe(III) – oleata u dvofaznom sistemu i taloženje nanostrukturnog litijum gvožđe fosfata LiFePO4 u hidrotermalnim uslovima. Taloženje je omogućeno mehanizmom redukcionog rastvaranja produkta hidrolize u enkapsuliranoj vodenoj fazi. Uspostavljena metoda je pokazala sofisticiranost, ekonomičnost potrošnje litijuma i visok stepen reproducibilnosti. Cikliranjem materijala bez dodatnog tretmana u bateriji pri strujama od C/20 na 55 °C, ustanovljeno je da je njegov kapacitet 80 % teorijskog. Predložena je modifikacija metode koja će se dalje ispitati. Ispitane su mogućnosti sinteze plazmonskih nanokristala, konkretno, nanokristala zlata u jednostavnom solvotermalnom sistemu sa oleilaminom u funkciji liganda, rastvarača, reducenta i vodom kao reaktantom. Rasvetljen je mehanizam redukcije i izvedeni su bitni zaključci. Metoda se pokazala efektivnom za sintezu monodisperznih hidrofobnih nanokristala zlata veličine 7 nm, što je potvrđeno TEM, ED, DLS i UV – VIS tehnikama. Nanokristali Au su solubilizovani lipidima MHCP, DPPE – PEG2k i DGS – NTA(Ni) i konjugovani putem specifičnog vezivanja za inženjerisane nanokaveze feritina. Ovo je takođe potvrđeno TEM i DLS metodama. I na kraju, dodatno je ispitana mogućnost katalitiĉkog i fotokatalitičkog nagrizanja Si za dobijanje poroznog fotoluminiscentnog (PL) silicijuma. Ovo je postignuto impregnacijom površine hidrofobnim nanokristalima Au. Dobijene su porozne strukture i 1D nanostrukture Si,ultraduge nano – žice debljine između 40 i 60 nm, što je potvrđeno SEM analizom. Nanostrukture Si imaju ogroman potencijal u biomedicinskim i drugim tehnološkim primenama. Istraživanja hidrotermalnih i solovtermalnih postupaka za sintezu nanostrukturnih materijala koji su prikazani u disertaciji pokazuju relativnu sloţenost ovih metoda, ali i njihovu veliku mogućnost i superiornost u odnosu na druge metode dizajniranja ovakvih struktura na molekulskom nivou sa ciljanim morfološkim, fizičkim i hemijskim svojstvima. The PhD thesis includes research of the fundamental aspects and the synthetic strategies of colloidal nanocrystals, nanostructures and submicron crystals of several inorganic oxide materials and gold element obtained by hydrothermal and solvothermal processes. The motivation for the research was the general scientific interest for understanding the mechanisms of the colloidal nanocrystals synthesis and the crystal growth in hydrothermal and solvothermal conditions, in order to establish controlled synthesis of homogeneous and heterogeneous functional nanostructures. The following investigations were conducted in two directions, the first one was the formation of various structures of higher orders by supramolecular interactions, and the other was the potential implementation of the synthesized materials in practice. The most used materials in the research included in this thesis were calcium hydroxyapatite (HAp) and its derivates, the partial substituent with Co2+ (CoHAp) and Zr4+/ZrO2 (ZrHAp). The synthesis of HAp, CoHAp and ZrHAp were investigated in hydrothermal system without any presence of organic compounds. The detailed characterization of samples was performed using methods such as X – ray powder diffraction (XRD), the laser diffraction (LD), atomic spectroscopy (ICP AS) and scanning electron microscopy (SEM). In addition, the extensive study of HAp and CoHAp was conducted in vitro and in vivo in the biological environment to examine functional properties of these materials for bone damage reparation in rat’s mandible. Obtained results shows that synergistic effects in biological systems, when implanting CoHAp material, enable unexpectedly fast regeneration and improve density of bone tissue. The possibility of ambiphilic HAp nanoparticle synthesis was investigated in combined two phase hydrothermal system using triethanolamine and oleic acid. The characterization of dispersions by SEM and LD, using Fourier transformed infrared spectroscopy, as well as macroscopic properties confirmed that synthesized HAp nanoparticles have hydrophilic as well as hydrophobic properties. Also it was demonstrated by stabilization of Pickering emulsion for nanobiotechnology application. The second larger part of the research was related to iron oxides. The combined one and two phase solvothermal hydrolitic method for synthesis of colloidal magnetite nanocrystals in mixtured solvent was detaily examined. Regarding of precursor and solvents ratio, different sizes, from 5 nm up to 20 nm, of monodispersed alkyl – terminated superparamagnetic iron oxide nanocrystals (SPION's) were produced. This was confirmed by means of methods such as XRD, FTIR, transmision electron microscopy (TEM), electron diffraction (ED), dinamic light scattering (DLS) and vibrating sample magnetometry (VSM). The 5 nm sized nanocrystals have saturation magnetization of ~ 40 emu/g. The alkyl – terminated SPION’s were immobilized in polymeric matrix of poly-Llactide: polyethylenimine. The stabile dispersions of hybrid magnetic nanoparticles in water were obtained, contaning of 200 nm sized particles. All of this was confirmed also by TEM, ED and LD techniques. The synthesized SPION’s were also used for hetero nanodimmer gold – magnetite synthesis. The dimmer was characterized using TEM and UV – VIS spectroscopy. Plate–like shaped submicron crystals of hematite α – Fe2O3 were synthesized by hydrothermal method. Crystallographic analysis revealed that growth of platelets was oriented in [012] crystallographic direction. Oriented growth was achieved by adding small amounts of oleate ligand in system. Measurements established that coercivity value of these platelets is higher than for bulk hematite. Magnetic properties of these structures are strongly, correlated with morphology which, was the subject of further research. Furthermore, hydrolysis of molecular precursor Fe(III) – oleate in two phase system and precipitation of nanostructured lithium iron phosphate LiFePO4 in hydrothermal conditions were examined. The precipitation was enabled by mechanism of reductive dissolution of hydrolysis product in encapsulated water phase. The established method demonstrated sophistication, chemical efficiency of lithium consumption and high degree of reproducibility. Galvanostatic cycling of battery made out of ―as prepared‖ material on 55 oC, showed capacity of 80% of theoretical at rate of C/20. Modification of the method was also proposed and will be examined. The plasmonic nanocrystals was also investigated, specifically, gold nanocrystals in simple solvothermal system using oleylamine as ligand, solvent, reducing agent and water as reactant. The reduction mechanism was elucidated and some important remarks were made. The method was proven to be effective for synthesis of monodispersed hydrophobic Au nanocrystals (7 nm in sizes), which was confirmed by TEM, ED, DLS and UV – VIS techniques. Au nanocrystals were solubilized by MHCP, DPPE – PEG2k and DGS – NTA(Ni) lipids, and conjugated by specific binding to engineered ferritin nanocages. This is also confirmed using TEM and DLS methods. Finnaly, possibility of catalitic and photocatalitic etching of Si wafers to obtain porous photoluminescent (PL) silicon were examined. This is achieved by impregnation of wafer surface with hydrophobic Au nanocrystals. Porous structures and 1D nanostructures of Si, ultra –long nanowires from 40 nm to 60 nm ticknes, were obtained, which was confirmed by SEM analysis. Silicon nanostructures have great potential in biomedical and other technological applications. The study of hydrothermal and solvothermal synthesis processes of nanostructured materials presented in the thesis, demonstrated relative complexity of these methods and their great ability and superiority over other methods of designing such structures at molecular level with controllable morphological, physical and chemical properties. Presentation: [https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_dais_578]

Cilj ovog rada bio je sintetizirati i provesti karakterizaciju TiO2 nanocijevi te ispitati fotokatalitička svojstva pripravljenog materijala prilikom raspada otopine bojila metilen plavo pod UV zračenjem. TiO2 je poluvodički materijal čija se svojstva sve više ispituju zbog njegovih potencijalnih primjena u obnovljivim izvorima energije, senzorima i u razgradnji sveprisutnih organskih zagađivala te jedan je od proizvoda „nove grane“ kemijske industrije, i industrije općenito, nazvane zelena kemija. Sinteza je provedena hidrotermalnom metodom, a karakterizacija metodama rendgenske difrakcije, Fourier transformirane infracrvene spektroskopije diferencijalno termičke i termo- gravimetrijske analize i N2 adsorpcijsko/desorpcijskim izotermama. Uzorak se sintetizirao u alkalnom mediju u otopini NaOH koncentracije 0.1 mol dm-3 pri 135 °C u trajanju od 72 sata. Također je ispitivan utjecaj ispiranja uzorka s otopinom klorovodične kiseline koncentracije 0.1 mol dm- 3 na specifičnu površinu, a potom i na fotokatalitička svojstva. Za ispitivanje fotokatalitičkih svojstava korištena je otopina metilen plavo koncentracije 50 ppm, a fotokatalit je dodan u koncentraciji 1g L-1. Raspad bojila pod UV zračenjem valne duljine 254 nm praćen je UV-VIS spektrofotometrom.