مطالعه و بررسی روش های تصحیح نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به منظور بهبود عملکرد فتوکاتالیستی آن تحت تابش نور مرئی
Abstract
دیاکسید تیتانیوم (تیتانیا)، یکی از مهم ترین موادی است که به علّت داشتن خواص نوری فتوکاتالیستی و فتوولتایی، طی سال های اخیر کاربردهای فراوانی یافته است. ساخت سلول های خورشیدی، تولید هیدروژن از آب، ساخت سطوح خودتمیز شونده و ضدّ مه، تصفیه آب و هوا و... از مهم ترین دست آوردهایی است که به کمک خواص نوری تیتانیا به دست آمده است. یکی از نقاط ضعف استفاده از این ماده ، فعالیت تحت تابش پرتو فرابنفش است که کاربرد آن در صنایع گوناگون را با محدودیتهایی روبرو میسازد. طی سالهای گذشته، محققین دریافتند که به کمک روشهایی، می توان خواص نوری این ماده را بهبود بخشید و ناحیه جذب آن را به سمت نور مرئی انتقال داد. به این ترتیب، محدوده کاربرد تیتانیا بسیار گسترده می شود و بازدهی آن افزایش مییابد. در این پژوهش، ابتدا روش‌های بهبود خواص نوری تیتانیا مورد بررسی قرار گرفته است. سپس نتایج حاصل از تحقیقات محققین بر روی دوپ کردن تیتانیا با عناصر مختلف، طی یک دهه گذشته مورد بررسی قرار گرفته است و پس از آن، تعدادی نمونه تیتانیای دوپ شده با آهن و نیتروژن، به روش هیدروترمال سنتز شده است. برای تعیین مشخصات این نمونههای سنتزی از آزمون پراش پرتو ایکس (xrd)، طیفسنجی بازتابی پخشی (drs)، کشش سطحی و زاویه تماس و تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و اندازهگیری نرخ تجزیه متیل اورانژ تحت تابش پرتوهای فرابنفش و نور مرئی استفاده شده است. نتایج حاصل از xrd نشان داد که کلیه نمونههای سنتز شده دارای فاز کریستالی آناتاز بوده و متوسط اندازه کریستالی آنها تقریباً با یکدیگر برابر است. تصاویر sem گرفته شده از نمونهها نشان داد که ذرّات شکل کروی دارند. آزمون drs نشان داد که دوپ کردن با آهن به خوبی لبه جذب تیتانیا را به سمت طول موجهای مرئی منتقل کرده است و گپ انرژی تیتانیا را تا حدودی کاهش داده است؛ با این وجود محلول متیل اورانژ در حضور هیچ یک از نمونههای سنتز شده تحت تابش نور مرئی، تجزیه نشد. اندازهگیری نرخ رنگبری از محلول متیل اورانژ در حضور فتوکاتالیستهای سنتز شده تحت تابش پرتو فرابنفش، نشان داد که نمونه دوپ شده با 1/0% آهن دارای بیشترین فعالیت فتوکاتالیستی بود؛ در حالیکه افزایش دوپانت آهن تا حدود 5%، فعالیت فتوکاتالیستی تیتانیا را به میزان قابل توجهی کاهش داده است. آزمون زاویه تماس آب روی نمونههای سنتز شده نیز نشان داد که کلیه نمونهها آبدوست بوده و با تابش پرتو فرابنفش بر آنها، خاصیّت آبدوستی این نمونهها افزایش یافت. به همین علّت این ترکیبات در کاربردهای خود تمیز شوندگی و همچنین ساخت شیشه و آئینه ضد مه میتواند کاربرد داشته باشد.