Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη και αξιολόγηση φωτοκαταλυτών υψηλής εντροπίας (High Entropy Materials – HEMs) και των εφαρμογών τους σε περιβαλλοντικές και ενεργειακές διεργασίες. Τα υλικά υψηλής εντροπίας αποτελούν μία νέα και καινοτόμο κατηγορία πολυσυστατικών συστημάτων, που περιλαμβάνουν κράματα, οξείδια και νιτρίδια πέντε ή περισσότερων στοιχείων σε σχεδόν ισομοριακές αναλογίες. Χάρη στη μοναδική τους δομή, εμφανίζουν εξαιρετικές φυσικοχημικές ιδιότητες, όπως αυξημένη θερμική και χημική σταθερότητα, ανθεκτικότητα σε ακραίες συνθήκες και βελτιωμένη φωτοκαταλυτική δραστικότητα.
Η εργασία ξεκινά με μια αναλυτική παρουσίαση της φωτοκατάλυσης, ενός μηχανισμού που βασίζεται στη διέγερση ημιαγώγιμων υλικών με φως, οδηγώντας στη δημιουργία ηλεκτρονίων και οπών, οι οποίες επιταχύνουν χημικές αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής. Κατόπιν, διερευνώνται οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη φωτοκαταλυτική δραστικότητα, όπως η μορφολογία του καταλύτη, το pH του διαλύματος, η ένταση της ακτινοβολίας και η ποσότητα ρύπων.
Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα υλικά υψηλής εντροπίας, οι μέθοδοι σύνθεσής τους και η σημασία των οξειδίων και νιτριδίων υψηλής εντροπίας στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών φωτοκαταλυτών. Τα HEMs αξιολογούνται ως προς τη χρήση τους σε κρίσιμες εφαρμογές, όπως η αποδόμηση οργανικών ρύπων, η παραγωγή υδρογόνου μέσω φωτοκατάλυσης, η μείωση των εκπομπών CO₂ και ο καθαρισμός υδάτων και αέρα.
Η εργασία καταλήγει στο συμπέρασμα ότι οι φωτοκαταλύτες υψηλής εντροπίας αποτελούν μία εξαιρετικά υποσχόμενη τεχνολογική λύση για την προστασία του περιβάλλοντος και την παραγωγή καθαρής ενέργειας. Η αξιοποίηση και περαιτέρω βελτιστοποίησή τους μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές εξελίξεις στη βιώσιμη ανάπτυξη και τις πράσινες τεχνολογίες.
The present thesis focuses on the study and evaluation of high-entropy photocatalysts (High Entropy Materials – HEMs) and their applications in environmental and energy-related processes. High-entropy materials constitute a novel and innovative category of multicomponent systems, including alloys, oxides, and nitrides composed of five or more elements in near-equimolar ratios. Due to their unique structure, they exhibit exceptional physicochemical properties, such as enhanced thermal and chemical stability, durability under extreme conditions, and improved photocatalytic activity.
The thesis begins with a detailed presentation of photocatalysis, a mechanism based on the excitation of semiconducting materials by light, leading to the generation of electrons and holes that accelerate oxidation and reduction reactions. Subsequently, the key factors influencing photocatalytic efficiency are explored, including catalyst morphology, solution pH, radiation intensity, and pollutant concentration.
Next, high-entropy materials are introduced, along with their synthesis methods and the significance of high-entropy oxides and nitrides in developing more efficient photocatalysts. HEMs are evaluated for their use in critical applications, such as the degradation of organic pollutants, hydrogen production through photocatalysis, CO₂ emission reduction, and water/air purification.
The thesis concludes that high-entropy photocatalysts represent an exceptionally promising technological solution for environmental protection and clean energy production. Their utilization and further optimization could lead to significant advancements in sustainable development and green technologies.
High-Entropy Materials_Mavrikos