A Pannon Egyetem (korábban Veszprémi Vegyipari, majd Veszprémi Egyetem) Általános és Szervetlen Kémia Tanszékén jó 40 évvel ezelőtt kezdődtek meg a fotokémiai kutatások, melyek ma már új szervezeti egység, a Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport keretein belül folynak. A környezeti és szervetlen fotokémia olyan fény által kiváltott folyamatokkal foglalkozik, melyek természetes körülmények között, ill. mesterséges rendszerekben mennek végbe.
A kutatócsoport mesterséges fényforrások és a napsugárzás hasznosítási lehetőségeit egyaránt vizsgálja. Olyan fotokatalitikus rendszerek kialakítását és gyakorlati alkalmazhatóságát tanulmányozza, melyek különböző szerves szennyezők, kórokozók lebontását, ártalmatlanítását segítik elő vízben (pl. különböző szennyvizekben) és levegőben, illetve speciális bioaktív szerves vegyületek zöldkémiai előállítását teszik lehetővé. Kutatásaik kiterjednek továbbá önfertőtlenítő, antibakteriális felületek kialakítására és megújuló energiaforrásként elsősorban hidrogén mint környezetbarát üzemanyag fotokatalitikus fejlesztésére vizes rendszerekből.
KUTATÓCSOPORT VEZETŐ
Dr. Horváth Ottó
egyetemi tanár
Elérhetőségek
Tevékenység és Infrastruktúra
Oldat- és szilárd minták minőségi és mennyiségi vizsgálata (Perkin Elmer LS 50B) spektrofluoriméterrel
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
Nagyérzékenységű és nagypontosságú, fénykisugárzás, ill. ~szórás intenzitását mérő eszközök (a mért hullámhossz hibája < 1 nm, az intenzitásé ~1%). A pontosság ellenőrzése és szabályzása a mérések gyakoriságától függően standardok segítségével zajlik.
Oldatreakciók kinetikai vizsgálata 0,1 másodperces időskálán diódasoros (Specord S100 és S600) spektrofotométerek segítségével
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
A diódasoros detektoroknak köszönhetően efotométerek alkalmasak gyors kémiai reakciók kinetikai mérésére (másodpercenként több teljes színkép felvétele is lehetséges). Emellett analitikai mérésekre (koncentráció meghatározás) is használjuk.
Fotokémiai reakciók mechanizmusának mélyebb tanulmányozása monokromátort és aktinometrált (200 W-os Xe-Hg-gőz-) lámpát tartalmazó, AMKO LTI fotolízis berendezéssel
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
A fényforrások intenzitásának meghatározása aktinometriai eszközök segítségével zajlik.
Fotokémiai reakciók mechanizmusának tanulmányozása aktinometrált lézerdiódákkal (a látható fény teljes tartományában)
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
A fényforrások intenzitásának meghatározása aktinometriai eszközök segítségével történik.
Inert körülmények között végzendő vizsgálatok Schlenk-rendszer és kesztyűs fülke alkalmazásával
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
A kesztyűs fülke oxigénre érzékeny vegyületekkel végzett műveletek kivitelezésére alkalmas. Inert gázzal feltölthető nagy térfogatú belső terébe kisebb készülékek (pl. analitikai mérleg) is elhelyezhetők, s az érzékeny anyagokat egy zsilipkamrán keresztül lehet a belső térben juttani, ahol két benyúló (nagy kémiai ellenállású, UV-álló) kesztyűn keresztül lehet a szükséges műveleteket elvégezni.
Összetett egyensúlyi rendszerek leírása PSEQUAD segédprogram alkalmazásával
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
Spetrofotometriai és potenciometriai egyensúlyi mérések kiértékelésére képes, Newton-Raphson féle iteráción alapuló segédprogram.
Bonyolult kinetikai problémák kiértékelése ZITA segédprogram alkalmazásával
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
A segédprogram Gauss-Newton-Marquardt módszerrel numerikus megoldást képes adni szinte bármilyen bonyolultságú kinetikai problémára.
Folyadékok abszorpciós (fényelnyelési) színképek mérése Perkin Elmer Lambda25 fotométeren
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
A fotométer felépítése kétfényutas fotomultiplier detektorral. Mérési tartománya 190-1100 nm, pontossága 0,0002 au (látható) ill. 0,0005 au (UV). A készülék elnyelési színképek nagy pontosságú mérésére alkalmas, amire tipikusan egyensúlyi rendszerek vizsgálatakor, vagy szerkezetvizsgálat során van szükség. A felvétel elkészítése lényegesen lassabb, mint a tanszéküknön szintén rendelkezésre álló diódasoros fotométereken, ugyanakkor nagyobb pontosságot és reprodukálhatóságot kapunk.
Folyadék vagy szilárd minták lumineszcencia gerjesztési vagy kisugárzási színképének mérése (Horiba JY Fluoromax 4)
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
A spektrofluorofotométer Xe fényforrással és egyfotnszámlálós detektorral rendelkezik, aminek köszönhetően 200-900 nm tartományban nagyon érzékeny. Már kis kvantumhasznosítású vegyületek (akár > 10-6) lumineszcenciája is jól mérhető. A készülékhez fluoreszcencia anizotrópia mérésére alkalmas, illetve 77 K-en történő mérések kivitelezését lehetővé tevő mintatartóval is rendelkezünk. A készülék beépített függvényével 280-850 nm tartományban korrigálja a mért lumineszcencia fényintenzitást.
Folyadék vagy szilárd minták lumineszcencia élettartamámak mérése (Horiba JY Fluoromax 4 + FM-2013 TCSPC)
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
A Fluoromax 4 készülékhez csatlakoztatható egy FM 2013 TCSPC egység, ami külön impulzusüzemű fényforrás (ún. NanoLED) használatát teszi lehetővé. A NanoLED-ek kb. 1 ns félértékszélességű adott, szűk hullámhossz-tartományú gerjesztést tesnekz lehetővé. Lehetséges gerjesztő hullámhosszak: 270, 287, 338, 374, 393, 450, 494, 561 és 590 nm. Néhány 100 ps-nál nagyobb lumineszcencia élettartamok mérhetők vele, már viszonylag kis kvantumhasznosítási tényező mellett. Egy lecsengési görbe felvétele a kvantumhasznosítási tényezőtől függően kb. 1-90 perc. Lehetőség van tranziens kisugárzási színképek felvételére. A mérések szobahömérsékleten vagy 77 K-en végezhetők. Kis gerjesztőfény intenzitásnak köszönhetően fényérzékeny minták is mérhetők.
Folyadék vagy szilárd minták lumineszcencia élettartamámak mérése lézervillanófény fotolízis berendezéssel
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
Kutatóhelyünk 2 NdYAG szilárdtest lézer fényforrással rendelkezik (Quantel Brilliant, ill. Brilliant B), az utóbbi működő lézerkinetikus spektrofotométer jelenleg két szilárdtest lézer fényforrással rendelkezik. Mindkét lézer impulzus félszélessége 4,5 ns, így dekonvolúciót alkalmazva már néhány ns-os élettartamok is mérhetők. A lézerek lehetséges hullámhosszai és maximális energiájuk: 1064 nm (800 mJ/impulzus), 532 nm (400 mJ/imp.), 355 nm (230 mJ/imp.), 266 nm (5 mJ/imp.), ill. ún. OPO-t (OPOTEK MagicPrism VIS-S/I optikai parametrikus oszcillátor) alkalmazva 410-1200 nm tartományban változtatni tudjuk a lézer hullámhosszát, ezzel kiszélesítve a vizsgálható vegyületek körét.
Diffúz reflektancia mérése pormintán és felületi rétegen (Specord S600 spektrofotométeren megfelelő feltétekkel)
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
A diffúz reflektancimérés segítségével pl. különböző fotoaktív félvezetők gerjesztési színképének (és tiltott sávszélességének) meghatározására van lehetőség mind a látható, mind az UV tartományban.
Több komponensű, folyadék fázisú minták analízise Shimadzu Prominence UFLC típusú folyadékkromatográfiás készülékkel
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
Fordított fázisú folyadékkromatográfiás elválasztás (termosztált oszloptér, diódasoros detektor, automata mintaadagoló) segítségével mennyiségi és minőségi analízis.
Lovibond Water Testing KOI-mérő
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
Folyadék fázisú minták kémiai oxigénigényének mérésére alkalmas készülék.
Különböző folyadék minták széntartalmának mérése Shimadzu TOC-L CPN készülékkel
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
A TOC (szerves szén) a TC (teljes szén) és a TIC (szervetlen szén) különbsége. A mintát mikroliter-fecskendővel manuálisan adagoljuk, de nagyobb mintamennyiség (150-200 cm3) esetén automatikus adagolás is lehetséges. A készülék a vizsgálandó mintát katalizátor segítségével alacsonyabb hőmérsékletű kemencében (600°C-on) szén-dioxiddá alakítja át, a képződő gáz koncentrációját egy ún. nem-diszperzív infravörös (NDIR) detektor méri. A kalibrációs görbét különböző koncentrációjú kálium-hidrogén-ftalát oldatokkal vesszük fel. TIC méréséhez a kalibráló oldatok vízmentes Na2CO3-ból és NaHCO3-ból készülnek.
Szennyvizek fotokémiai bonthatóságának vizsgálata fotokémiai reaktorokban UV fény hatására illetve napszimulátor alkalmazásával
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
Különböző méretű fotokémiai reaktorok állnak rendelkezésünkre a feladat végrehajtásához. Az egyik leggyakrabban alkalmazott típus a 3 l össztérfogatú, kettős falú henger alakú, melynek közepén található a besugárzáshoz használt fénycső – legtöbbször 40 W-os 360 nm-es fényforrás, melyet mind heterogén (fotoaktív félvezető alapú), mind homogén (fém-komplexeket tartalmazó) rendszerek besugárzására lehet alkalmazni. A reakcióelegyet általában perisztaltikus pumpa keringeti, az oxigén bevitele gázbuborékoltatással történik, s a gázáramba ozonizátor is kapcsolható kombinált kísérletek céljára. A mintavétel a keringési rendszerbe kapcsolt, mágnesesen kevertetett pufferedényből történik. A mérések során megfelelő időközönként vett minták elemzésével tudjuk nyomon követni a bomlási folyamatot (pH, KOI, TOC mérés, HPLC, spektrális változások rögzítése).
Oldatminták minőségi és mennyiségi vizsgálata diódasoros (Specord S100 és S600) spektrofotométerekkel
Természettudományi központ | Környezeti és Szervetlen Fotokémia Kutatócsoport
Kutatási terület: Fotokémiai víztisztítási és fertőtlenítési módszerek, fémkomplexeken alapuló homogén fotokatalitikus rendszerek, félvezető fotokatalizátorok fejlesztése, öntisztuló felületek kialakítása, napsugárzást hasznosító
Nagyérzékenységű és nagypontosságú, fényelnyelést mérő eszközök (a mért hullámhossz hibája < 1 nm, az abszorbanciáé < 0,001). A pontosság ellenőrzése és szabályzása a mérések gyakoriságától függően standardok segítségével történik.
Együttműködő partnerek
- University of Zagreb, Faculty of Chemical Engineering and Technology (Zágráb, Horvátország)
- Graz University of Technology (Graz, Ausztria)
- Hanoi University of Science and Technology, School of Chemistry and Life Sciences (Hanoi, Vietnám)
- University of British Columbia, Okanagan Campus, Irving K. Barber Faculty of Science, Department of Chemistry (Kelowna, Kanada)
- Graboplast Padlógyártó Zrt. (Győr, Magyarország)
Kiemelt publikációk
- A. Khan, Zs. Valicsek, O. Horváth: Effect of calcination temperature on the structural and photocatalytic properties of iron(II)-doped copper ferrite CuII0.4FeII0.6FeIII2O4, Materials Letters 341, 2023, pp. 134212
- B. Páll, M-A. Mersel, P. Pekker, É. Makó, V. Vágvölgyi, M. Németh, J. S. Pap, L. Fodor, O. Horváth: Photocatalytic H2 Production by Visible Light on Cd0.5Zn0.5S Photocatalysts Modified with Ni(OH)2 by Impregnation Method, Int. J. Mol. Sci. 24(12), 2023, pp. 9802
- G. Kocsis, E. Szabó-Bárdos, O. Fónagy, E. Farsang, T. Juzsakova, M. Jakab, P. Pekker, M. Kovács, O. Horváth: Characterization of Various Titanium-Dioxide-Based Catalysts Regarding Photocatalytic Mineralization of Carbamazepine also Combined with Ozonation, Molecules 27, 2022, pp. 8041
- M.-A. Mersel, L. Fodor, P. Pekker, É. Makó, O. Horváth: Effects of Preparation Conditions on the Efficiency of Visible-Light-Driven Hydrogen Generation Based on Ni(II)-Modified Cd0.25Zn0.75S Photocatalysts, Molecules 27, 2022, pp. 4296
- M. A. Fodor, P. Szabó, Gy. Lendvay, O. Horváth: Characterization of the UV-Visible absorption spectra of manganese(III) porphyrins with time-dependent density functional theory calculations, Zeitschrift für Physikalische Chemie 236 (1), 2022, pp. 27-51
- O. Fónagy, E. Szabó-Bárdos, O. Horváth, 1, 4-Benzoquinone and 1, 4-hydroquinone based determination of electron and superoxide radical formed in heterogeneous photocatalytic systems. J. Photochem. Photobio. A, 2021, 407, 113057