Osnove fotokemije nanomaterialov - začetek izvajanja v študijskem letu 2025/26

Prvi cilj predmeta je podati študentom poglobljeno znanje o fotokemiji nanomaterialov. Nadalje študentje razvijejo razumevanje o interpretaciji in podajanju meritev v fotokemiji nanomaterialov. Nato študentje razvijejo znanje o principih delovanja modernih aplikacij, ki bazirajo na interakciji nanomateralov s sončnim sevanjem.

/

Fotokemija preučuje delovanje svetlobe na molekule in materiale. Razumevanje fotokemije omogoča razlago pojavov, ki jih poganja svetloba v naravi, kot so vid, fotosinteza in fotokataliza, materialov ali kemijskih reakcij z uporabo fluoroforov, slikovnih sredstev ali časovno odvisne spektroskopije ter razvoj sintetičnih na svetlobo odzivnih sistemov za zdravljenje bolezni ali proizvodnjo sončnih goriv. Fotokemijo urejajo kvantna kemija, vzbujena stanja in orbitale. Obsega 15 velikostnih redov časovnega razpona, od femtosekund pri absorpciji fotonov do minut ali ur pri fotoreakcijah ali fosforescenci.

Osnovni principi fotokemije v nanomaterialih
• Elektromagnetno sevanje
• Vzbujena stanja
• Reakcijski/relaksacijski procesi
• Neposredna in posredna fotoliza
• Reaktivni prehodni pojavi
• Nastanek reaktivnih kisikovih vrst
• Vrste reaktivnih kisikovih zvrsti
• Radikal superoksidnega aniona
• Hidroksilni radikali
• Singletni kisik
• Usode vzbujenih zvrsti
• Intramolekularni in medmolekularni prenos energije
• Kinetika v fotokemiji trdnih snovi
• Kvantni izkoristki in redi
• Kinetika emisijskega procesa
Osnove in unikatne lastnosti nanomaterialov
• Definicija nanomaterialov
• Obnašanje in usoda nanomaterialov v okolju
• Interakcija s svetlobo
• Rekombinacija in defekti
• Absorpcija
• Sipanje
Izkoriščanje sončne energije in moderne aplikacije z uporabo nanomaterialov
• Fotovoltaika vs. fotokataliza
• Primeri iz fotovoltaike
• Primeri iz fotokatalize
• Umetna fotosinteza
• Fotosinteza
• Z-shema
• Redukcija CO2
• Cepitev vode

• Razumeti koncept vzbujenega stanja in poznati različne metode, ki so na voljo za njihovo predstavitev.
• imeti pregled nad različnimi osnovnimi procesi, ki se lahko zgodijo po absorpciji fotona v molekuli
• znati pridobiti ali izračunati kvantne izkoristke iz eksperimentalnih podatkov
• interpretirati podatke časovno ločene absorpcijske in emisijske spektroskopije
• dobiti znanje o redoks potencialih v osnovnem in vzbujenem stanju
• razumeti rekombinacijo nabojev in kako jo zmanjšati
• razumeti fotokatalitske reakcije in mehanizme
• razumeti osnovni koncept umetne fotosinteze in proizvodnje goriva s pomočjo sončnega sevanja
• Izboljšati spretnosti pisanja znanstvenih poročil

Seminar o specifični tematiki, ki vključuje pregled znanstvenih člankov./Ustni izpit. 50/50

Prof. dr. Nataša Novak Tušar je od leta 2022 vodja Laboratorija za katalizatorje na Odseku za anorgansko kemijo in tehnologijo na Kemijskem inštitutu v Ljubljani. Po doktoratu iz kemije na Univerzi v Ljubljani je pridobila individualno postdoktorsko štipendijo Marie Curie in med 2003 in 2004 eno leto raziskovala na sinhrotronu ELETTRA in na Univerzi v Trstu, Italija. Od leta 2018 je redna profesorica in vodja doktorskega programa "Materiali" na Univerzi v Novi Gorici, Slovenija. Je članica upravnih organov ENMIX (European Nanoporous Materials Institute of Excellence) in EFCATS (European Federation of Catalysis Societies). Je članica uredniških odborov revij Catalysis communications in Frontiers in chemistry. 2021 je prejela nagrado Agencije RS za raziskovalno in inovacijsko dejavnost za odličnost v znanosti. Njena raziskovalna področja vključujejo načrtovanje in razvoj katalizatorjev/fotokatalizatorjev v heterogeni katalizi za okoljske in energetske aplikacije. Posebej se osredotoča na kemijo katalizatorjev/fotokatalizatorjev za čist zrak.

Izbrane objave

1. SERRA-PÉREZ, Estrella, DRAŽIĆ, Goran, TAKASHIMA, Mai, OHTANI, Bunsho, KOVAČIČ, Sebastijan, ŽERJAV, Gregor, NOVAK TUŠAR, Nataša. Influence of the surface structure of the TiO2 support on the properties of the Au/TiO2 photocatalyst for water treatment under visible light. Catalysis today. Jul. 2024, vol. 437, [article no.] 114764, p. 1-10.
   IF=5.3

2. Klara, KOVAČIĆ, Marin, KRALJIĆ ROKOVIĆ, Marijana, KUŠIĆ, Hrvoje, GENORIO, Boštjan, LAVRENČIČ ŠTANGAR, Urška, NOVAK TUŠAR, Nataša, LONČARIĆ BOŽIĆ, Ana. Enhancement of TiO2-based composite with low carbon-based component ratio for improved hydrogen generation via photocatalytic water splitting. ChemNanoMat. 2024, [article no.] e202400121, p. 1-14.
   IF=3.8

3. ŠULIGOJ, Andraž, TRENDAFILOVA, Ivalina, MAVER, Ksenija, PINTAR, Albin, RISTIĆ, Alenka, DRAŽIĆ, Goran, ABDELRAHEEM, Wael H. M., JAGLIČIĆ, Zvonko, ARČON, Iztok, ZABUKOVEC LOGAR, Nataša, DIONYSIOU, Dionysios D., NOVAK TUŠAR, Nataša. Multicomponent Cu-Mn-Fe silica supported catalysts to stimulate photo-Fenton-like water treatment under sunlight. Journal of environmental chemical engineering. October. 2023, vol. 11, iss 5, [article no.] 110369, p. 1-11.
   IF=7.7

4. ŠULIGOJ, Andraž, CERC KOROŠEC, Romana, ŽERJAV, Gregor, NOVAK TUŠAR, Nataša, LAVRENČIČ ŠTANGAR, Urška. Solar-driven photocatalytic films: synthesis approaches, factors affecting environmental activity, and characterization features. Topics in current chemistry. 1 Oct. 2022, vol. 380, no. 6, p. 1-46.
   IF=8.6

5. ULLATTIL, Sanjay Gopal, ZAVAŠNIK, Janez, MAVER, Ksenija, FINŠGAR, Matjaž, NOVAK TUŠAR, Nataša, PINTAR, Albin. Defective grey TiO2 with minuscule anataserutile heterophase junctions for hydroxyl radicals formation in a visible light-triggered photocatalysis. Catalysts. [Online ed.]. 2021, vol. 11, vol. 12, p. 1500-1-1500-15.
   IF=4.5

6. ŠULIGOJ, Andraž, PAVLOVIĆ, Jelena, ARČON, Iztok, RAJIĆ, Nevenka, NOVAK TUŠAR, Nataša. SnO2-containing clinoptilolite as a composite photocatalyst for dyes removal from wastewater under solar light. Catalysts. [Online ed.]. Feb. 2020, vol. 10, no. 2, p. 1-18.
   IF=4.1

7. PLIEKHOVA, Olena, PLIEKHOV, Oleksii, FANETTI, Mattia, ARČON, Iztok, NOVAK TUŠAR, Nataša, LAVRENČIČ ŠTANGAR, Urška. Cu and Zr surface sites in photocatalytic activity of TiO2 nanoparticles: the effect of Zr distribution. Catalysis today. 15 May 2019, vol. 328, p. 105-110.
   IF=5.8

8. ŠULIGOJ, Andraž, ARČON, Iztok, MAZAJ, Matjaž, DRAŽIĆ, Goran, ARČON, Denis, COOL, Pegie, LAVRENČIČ ŠTANGAR, Urška, NOVAK TUŠAR, Nataša. Surface modified titanium dioxide using transition metals: nickel as a winning transition metal for solar light photocatalysis. Journal of materials chemistry. A, Materials for energy and sustainability. 7. Jun. 2018, vol. 6, iss. 21, p. 9882-9892.
   IF=10.7

9. PLIEKHOV, Oleksii, ARČON, Iztok, NOVAK TUŠAR, Nataša, LAVRENČIČ ŠTANGAR, Urška. Photocatalytic activity of zirconium- and manganese-codoped titania in aqueous media: the role of the metal dopant and its incorporation site. ChemCatChem. Jun. 2016, vol. 8, iss. 12, str. 2109-2118.
   IF=4.8

10. ŠULIGOJ, Andraž, LAVRENČIČ ŠTANGAR, Urška, RISTIĆ, Alenka, MAZAJ, Matjaž, VERHOVŠEK, Dejan, NOVAK TUŠAR, Nataša. TiO2−SiO2 films from organic-free colloidal TiO2 anatase nanoparticles as photocatalyst for removal of volatile organic compounds from indoor air. Applied catalysis. B, Environmental. May 2016, vol. 184, p. 119-131.
    IF=9.4