Wraz z szybkim rozwojem nanotechnologii, projektowaniem i syntezą coraz bardziej wyrafinowanych nanomateriałów wzrosło zainteresowanie ich wykorzystaniem na różnych polach takich jak kataliza, ochrona środowiska. Na styku tych dwóch dziedzin nanomateriały wykorzystywane są jako fotokatalizatory pozwalające na degradację różnego typu organicznych zanieczyszczeń z wykorzystaniem światła z zakresu UV-Vis. Jako fotokatalizatory szeroko wykorzystywane są nanomateriały półprzewodnikowe, do których należy TiO2. Na skutek światła padające na jego powierzchnię elektrony przemieszczają się z powłoki walencyjnej do pasma przewodnictwa. Dzięki temu na powierzchni TiO2 powstają elektrony, które łącząc się z tlenem z powietrza tworzą aktywne formy tlenu oraz dziury elektronowe. Te z kolei po połączeniu z parą wodną oraz wodą tworzą rodniki wodorotlenowe. W zależności od panujących warunków, dziury (h+), rodniki OH, O2ˉ, H2O2 lub O2 odgrywają główną rolę w mechanizmie reakcji fotokatalitycznej. Jednak dużą przeszkodą w stosowaniu TiO2 w fototkatalizie jest jego zdolności do pochłaniani wyłącznie świat z zakresu ultrafioletu, co znacznie ogranicza jego wykorzytanie. W ostatniej dekadzie materiałem który znacząco przyczynił się do rozwoju chemii materiałów jest polidopamina (PDA). Jest to biokompatybilny polimer o silnych właściwościach adhezyjnych i absorpcyjnych świata z zakresu UV, Vis i NIR. Zdolność pochłaniani światła w szerokim spektrum przez polidopaminę została wykorzystany aby zwiększyć możliwości absorpcyjne TiO2. Uzyskane hybrydowe materiały typu TiO2-PDA z otoczką PDA <3 nm wykazując stosunkowo wysoką sprawność konwersji energii słonecznej do fotodegradacji barwników organicznych w porównaniu z konwencjonalnymi fotokatalizatorami w świetle widzialnym. Co więcej, badania wykazały, że fotostabilność nanomateriałów powlekanych PDA jest wyższa niż w przypadku czystego półprzewodnika. Ciągle jednak nie znany jest mechanizm zjawiska powodującego taką poprawę właściwości. Dlatego potrzebne są badania, mające na celu zrozumienie efektów zachodzących w nanoskali, które pozwolą na tworzenie zaawansowanych fototkatalizatorów w układzie półprzewdoniki – polidopamina.
W projekcie realizowanym w konkursie OPUS zamierzamy zbadać zmiany elektryczne i optyczne nanokompozytów półprzewodnikowych (TiO2, Fe3O4, ZnO) powleczonych polidopaminą oraz jej analogami, wykorzystując zaawansowane techniki mikroskopowe i analityczne spektroskopowe. W tym celu skorzystam m.in. z nowoczesnej metody mikroskopii elektronowej z technologią Spectroscopy Electron Spectroscopy (EELS) zapewniająca wyjątkowe zdolności spektroskopowe w nanoskali, umożliwiające badanie: składu chemicznego, rozróżnienie wartościowości, analizę 3D i 4D nanomateriałów oraz określenie stałej dielektrycznej materiału w optycznym zakresie częstotliwości.