امروزه، استفاده از فتوکاتالیست های نیمه هادی برای تجزیه ترکیبات آلاینده آلی در پساب های صنعتی و نیز تولید انرژی پاک اهمیت یافته اند. مشکل استفاده از این مواد، بازدهی محدود تحت تابش نور فوق بنفش و عدم شناخت کامل از رفتار نیمه هادی در واکنش فتوکاتالیستی است. نانوپودرهای تهیه شده در آزمایشگاه می توانند برای شناخت روابط بین شرایط تهیه پودر (شامل نوع پیش ماده، فرایند سنتز، دما، زمان، اسیدیته)، مورفولوژی (فاز و ریزساختار)، خواص نوری (گاف ممنوعه انرژی) و خواص فیزیکوشیمیایی (سطح ویژه، توزیع و حجم تخلخل) بکار روند. مجموع عوامل فوق تعیین کننده فعالیت فتوکاتالیستی نیمه هادی ها هستند. در این تحقیق از کامپوزیت های اکسید تیتانیم و اکسید روی برای شناخت ویژگی های پودر سرامیکی در واکنش فتوکاتالیستی استفاده شد. پژوهش حاضر شامل سه مرحله است. در مرحله اول، نانوپودر ساده و مرکب اکسیدهای روی و تیتانیم تهیه شد. برای تهیه نمونه ها از روش های شیمیایی تر، هیدروترمال، روش های رسوب گیری با کمک مایکرویو و التراسونیک استفاده شد. مواد مرکب با هسته اکسید تیتانیم به شکل آناتاز، روتایل و p25 (با نسبت آناتاز به روتایل چهار به یک) و پوسته اکسید روی تهیه شد. درصد مولی پوسته اکسید روی 95، 90، 80 و 50% بوده است. در مرحله دوم این تحقیق، خواص فیزیکی و ساختاری نمونه ها با توجه به عوامل فرایندی بررسی شد. اندازه بلورک ها و فازهای تشکیل دهنده ماده مرکب با استفاده از پراش اشعه ایکس به دست آمد. مورفولوژی نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار-گرفت. اندازه و توزیع ذره ها و حفره ها با bet و bjh و نیز ویژگی های سطحی و نوری پودرها با-استفاده از زتاسایزر و طیف سنج بررسی شدند. به عنوان نمونه، برای کامپوزیت با هسته p25 و پوسته 90% اکسید روی تهیه شده توسط فرایند مایکرویو ساختاری ریز، یکنواخت، با تغییر فازی محدود، سطح ویژه حدود m2/gr 56 و پتانسیل سطحی mv5/21 مشاهده شد. مرحله سوم، شامل بررسی رفتار فتوکاتالیستی نمونه ها بود. این کار توسط دو نوع سیستم واکنش فتوکاتالیستی به انجام رسید. برای آزمون میزان رنگ بری، از عامل رنگی ar14 و داده های طیف سنجی فوق بنفش- مرئی استفاده شد. برای آزمون میزان تولید هیدروژن، از افزودنی متانول و پلاتین و داده های کروماتوگرافی گازی استفاده شد. این مرحله شامل سه بخش می باشد. اولا، عوامل واکنشگاهی دو سیستم بهینه سازی شد. هر دو واکنشگاه پیمانه ای بوده و اثر کمیت های مقدار، نوع فتوکاتالیست، مقدار و نوع عامل رنگی، مقدار پلاتین و متانول، اسیدیته، سرعت هم-زدن، لامپ، دما و زمان در فرایندهای فتوکاتالیستی مورد بررسی و بهینه سازی قرار گرفت. ثانیا، نمونه های ساده اکسید روی و اکسید تیتانیم در فرایندهای فتوکاتالیستی بکار گرفته شد و میزان فعالیت فتوکاتالیستی نسبت به نوع و مقدار پودرهای اکسیدی به تنهایی و مخلوط مورد بررسی و مدل سازی قرار گرفت. ثالثا، نمونه های مرکب تهیه شده با شرایط مختلف مورد آزمایش قرا ر گرفته و رفتار فتوکاتالیستی آن ها با توجه به عوامل فرایندی و واکنشگاهی تحلیل شد. نتایج نشان می-دهد که مواد مرکب اکسید روی و اکسید تیتانیم فعالیت فتوکاتالیستی بیشتری دارند. دلیل این رفتار، در تنوع مکان های سطحی واکنش فتوکاتالیستی و جدایش موثرتر الکترون- حفره های تولید شده طی فرایند فتوکاتالیستی است.

این تحقیق به منظور بررسی عوامل ترمودینامیکی و سینتیکی بر ایجاد پوشش?های نانوساختار دی اکسید تیتانیم در فرایند سل ژل و استفاده از آنها در ساخت پیل خورشیدی فعال شده با رنگ انجام شد. بدین منظور در ابتدا تاثیر سه عامل غلظت اولیه، دما و زمان حرارت?دهی بر خصوصیات پوشش?ها مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج به دست آمده با مدل?های ارائه شده برای تشکیل نانوساختارها مقایسه شد. در ادامه پوشش?های نانوساختار دی اکسید تیتانیم توسط فرایند نوین خودسامانی بر اثر تبخیر ایجاد شدند و تاثیر پارامترهای فرایند بر خواص آنها بررسی گردید. سپس شرایط پوشش?دهی برای ایجاد پوشش با خواص مناسب بهینه سازی شد. به منظور بررسی تاثیر حضور یون?های نیتروژن و پالادیم در شبکه دی اکسید تیتانیم پوشش?های بهینه توسط این یون?ها در غلظت?های مختلف آلاییده شدند و خصوصیات ساختاری، سطحی و نوری آنها مورد مطالعه قرار گرفت. علاوه بر این ذرات سولفید کادمیم و سلنید کادمیم نانوساختار نیز به منظور فعال سازی به طور جداگانه برروی پوشش?ها به روش رسوب?دهی در حمام شیمیایی ایجاد شدند و تاثیر این ذرات بر خواص نوری پوشش?ها ارزیابی گردید. در نهایت سه دسته پیل خورشیدی فعال شده با رنگ با استفاده از این پوشش?ها ساخته شد. در دسته اول از پوشش?های دی اکسید تیتانیم ساده به منظور بهینه سازی شرایط پیل و به دست آوردن بهترین بازده استفاده شد. در دسته دوم از پوشش?های دی اکسید تیتانیم آلاییده شده با یون?های نیتروژن و پالادیم برای یافتن تاثیر هر یک از عناصر بر بازده پیل استفاده گردید و در دسته سوم از پوشش?های دی اکسید تیتانیم فعال شده با ذرات سولفید کادمیم و سلنید کادمیم نانوساختار به منظور بررسی تاثیر این ذرات استفاده شد.

مواد نانوساختار دارای پتانسیل بالایی برای کاربرد در وسایل مکانیکی و نوری می باشند. ساختار نانو دارای شکل های مختلفی مانند کره، صفحه، میله، سیم و لوله و... می باشند که این اشکال می توانند بر روی خواص پایه ای مواد، اثر بگذارند. ترکیب cuinse2 ماده مهمی می باشد که در سلول های فتوولتاییک، باتری های خورشیدی و دیودهای منتشر کننده نور مورد استفاده قرار می گیرند. تا کنون برای سنتز نانوساختارهای cuinse2 روش های مختلفی ارایه شده است. در این تحقیق نانوساختار cuinse2 به روش سالوترمال تهیه گردید. به این منظور ابتدا پودر سلنیوم با وزن مشخص با حلال های غیر آبی مختلف واکنش داده که این را می توان از تغییر رنگ حلال متوجه شد. سپس مخلوط استوکیومتری از کلرید ایندیم و کلرید مس در محفظه تحت فشار اتوکلاو وارد شده و با محلول مورد نظر در دما و زمان های مورد نظر در آون نگه داشته شد و بعد از سپری شدن زمان های مورد نظر محصولات بدست آمده تا دمای ?25 به صورت طبیعی سرد شدند. سپس رسوبات بدست آمده جدا شده و بعد از شستشو و خشک کردن، نانو پودر خالص cuinse2 بدست آمد. بر روی نانوپودر سنتز شده آزمون هایbet , xrd ,uv ,sem ,edx ,tem انجام گرفت. در این پروژه اثر پارامتر های مختلف از جمله دما، زمان، غلظت ماده اولیه سلنیوم و حلال بر روی مورفولوژی ذرات مورد بررسی قرار گرفت. با کاهش دما از ?210 به ?150 به جای نانومیله، نانوذرات کروی و نانو ورقه ها بدست آمد. همچنین بررسی رفتار نانوذرات cuinse2 در زمان و دماهای مختلف نشان داد که نانو ساختار cuinse2 با مورفولوژی های مختلف را می توان با کنترل دقیق عوامل موثر بر فرایند بدست آورد. در دمای ?210 ومدت زمان h 12 نانوذرات cuinse2 با مورفولوژی نانو میله سنتز شد. مطالعات میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه های سنتز شده نشان داد که نانو ساختارهای سنتز شده باتوجه به شرایط مختلف آزمایش ها دارای مورفولوژی میله، صفحه و کره می باشند. در پایان این پژوهش نتیجه گیری شد که روش سالوترمال چون در دمای پایین انجام می شود و از پیش ماده های سمی یا ارگانومتالیک استفاده نمی کند روشی بسیار مناسب برای سنتز نانوذرات cuinse2 می باشد. همچنین در این پژوهش خواص مقاومتی و خواص اپتیکی نمونه ها بررسی شد. در انتها از نتایج خواص اپتیکی مشخص می شود که با کاهش اندازه ذرات لبه جذب به سمت طول موج های بلند جابجا می شود و این نشان دهنده شیفت به سمت آبی حاصل شده توسط نانوذرات می باشد که این پدیده به اثر محدودیت کوانتومی نسبت داده می شود.

در این تحقیق، ابتدا با اضافه کردن مقادیر متفاوتی از افزودنیهای تیتانیا و زیرکونیا به یکی از ترکیبات اصلی که در اینکار مورد مطالعه قرار گرفته است، نمونه هائی (مطابق جدول 2-2) ساخته شدند. بهینه مقدار افزودنیها، در افزایش مقاومت به خوردگی نمونه های مختلف شیشه ای، با نگهداری این نمونه ها در زمان ثابت 65 ساعت درون محلول اسید نیتریک نیم نرمال، تعیین شد. سپس ترکیبات مختلف شیشه سربی، از (5/55 تا 5/68) درصد وزنی اکسید سرب، با افزودنیهای تیتانیا و زیرکونیا و بدون این افزودنیها، برای مطالعات جذب اشعه گاما و تعیین رفتار مقاومت به خوردگی شیمیایی، ساخته شدند. رفتار خوردگی شیمیائی همه نمونه های جدول 3-1 درون محلول اسید نیتریک نیم نرمال در زمان ثابت 65 ساعت و نمونه های 1 s، 2s ، 3s و 30s (جدول 3-1)، درون محلولهای مختلف اسیدی از نظر نوع (نیتریک، کلریدریک و سولفوریک) و غلظت (نیم، یک و دو نرمال)، در زمان ثابت 65 ساعت و درون محلول اسید نیتریک نیم نرمال در زمانهای مختلف (6، 12، 18، 24، 30 و 36 ساعت)، مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین رفتار مقاومت به خوردگی شیمیائی نمونه 3s (جدول 3-1)، درون نوع و غلظتهای مختلف اسیدی و در زمانهای مختلف تعیین شد. بمنظور تعیین پارامترهای کینتیکی گامهای کنترل کننده خوردگی شیمیائی برای نمونه ترکیبیs3، نمونه هایی درون محلول اسید نیتریک نیم نرمال، در دماها و زمانهای مختلف نگهداری شدند. پس از هر مرحله، بطور جداگانه مقادیر کسر وزنی سرب خروجی به محلول نسبت به کل سرب موجود در نمونه، تعیین شد. به همین ترتیب مقادیر مربوط به خروج سیلیکن به درون رسوب و محلول، برای هر کدام از زمانها و دماهای مختلف تعیین شد. مقادیر فوق به نرم افزار کامپیوتری تهیه شده برای تعیین گامهای کینتیکی واکنشهای جامد- مایع (برای حالتی که مواد فقط از یک سطح خارج یا داخل می شدند) داده شد. نتایج نشان می داد که در مورد خروج سرب، هر دو نفوذ از لایه ژل و سرعت واکنش شیمیائی تعویض یونی و در مورد سیلیکون، سرعت واکنش هیدرولیز شبکه سیلیسی، گامهای کنترل کننده بودند. ضرایب نفوذ سرب و ثابتهای سرعت واکنشهای تعویض یونی و هیدرولیز شبکه سیلیسی تعیین شدند. همچنین با استفاده از رابطه آرنیوس، انرژی اکتیواسیون نفوذ سرب و واکنشهای تعویض یونی و هیدرولیز تعیین شدند. آنالیز حرارتی (sta) برای تعیین دمای انتقال به شیشه هر کدام از ترکیبات انجام گرفت. اندازه گیری کاهش وزن، آنالیزهای icp محلول و eds و xrd رسوب تشکیل شده روی سطح نمونه ها، eds سطح نمونه ها پس از پاک کردن رسوب روی سطح و تصاویر میکروسکوپ الکترونی sem از سطح نمونه ها، برای مشخصه یابی خوردگی شیمیائی انجام گرفتند. افزودنیهای تیتانیا و زیرکونیا، از طریق فرونشانی سرعت نفوذ اجزای شرکت کننده در واکنشهای تعویض یونی، مقاومت به خوردگی شیمیائی نمونه های با مقدار سرب پائین را بشدت افزایش می داد. در نمونه با مقدار سرب بالا (3s )، افزودنیهای تیتانیا و زیرکونیا اثر بدی روی رفتار خوردگی شیمیائی داشتند. نمونه های1 sو 2s بالاترین مقاومت به خوردگی را درون محلولهای مختلف اسیدی نشان می دادند. دانسیته نمونه های مختلف متناسب با مقدار سرب ترکیب افزایش و دمای انتقال به شیشه کاهش نشان می داد. افزودن تیتانیا و زیرکونیا به ترکیب برخی شیشه ها، باعث افزایش دمای انتقال به شیشه می شد. آزمایشات جذب اشعه گاما، برای نمونه های 1 s، 2s ، 3s و 30s با استفاده از دو چشمه رادیو اکتیو کبالت 60 و سزیم 137 انجام گرفت. مقدار سرب شیشه مستقیما مقدار تضعیف اشعه گاما را افزایش می داد. بطوری که نمونه ترکیبی s3، بهترین تضعیف را از خود نشان می داد. نمونه ترکیبی s2 بدلیل دارا بودن مقدار تضعیف پرتو خوب و همچنین مقاومت به خوردگی شیمیائی خیلی بالا، بهترین نمونه بعنوان استفاده در پنجره سلول داغ بود.