بررسی دمای کلسینه شدن بر ویژگی ساختاری، نوری و فتوکاتالیستی نانوذرات مزومتخلخل تیتانیا

محورهای موضوعی : شیمی تجزیه

مهتاب گرگانی ¹ , بهزاد کوزه گر کالجی ²

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مواد، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران
2 - دانشیار و عضو هیات علمی دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مواد، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

تاریخ دریافت : 1398/06/15 تاریخ پذیرش : 1398/09/15 تاریخ انتشار : 1399/03/01

کلید واژه: تیتانیم دی‌اکسید, دمای کلسینه‎شدن, مزومتخلخل, تخریب فتوکاتالیستی, ویژگی نوری,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، نانوذرات مزومتخلخل تیتانیم دی‌اکسید به روش سل‌ژل تهیه شد. اثر دمای کلسینه‎شدن بر ویژگی ساختاری، فتوکاتالیستی و نوری نانوذرات مورد بررسی قرارگرفت. از تترابوتیل اورتوتیتانات (TBT) به‌عنوان پیش ماده تیتانیم و از اتانول به‌عنوان حلال استفاده شد. از آزمون گرماوزن‎سنجی-تجزیه گرمایی تفاضلی (TG-DTA) برای انتخاب گستره مناسب دمایی کلسینه‎شدن، پراش پرتو ایکس (XRD) برای تعیین فازها، روش جذب سطحی هم‌دمای برونر-امت-تلر (BET) برای بررسی سطح ویژه و تخلخل نانوذرات، طیف‌سنجی مرئی-فرابنفش (UV-Vis) برای بررسی ویژگی فتوکاتالیستی-نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) برای ریخت‌شناسی ذرات استفاده شد. نتایج نشان داد با افزایش دمای کلسینه‎شدن تا C° 550، تبدیل فازی آناتاز به روتایل انجام که حضور این دو فاز بلوری موجب بهبود ویژگی فتوکاتالیستی شد. کاف انرژی ممنوعه نانوذرات تیتانیم دی‌اکسید با افزایش دمای تهیه نمونه، کاهش یافت به‎گونه‎ای که از گستره نور فرابنفش به گستره نور مرئی منتقل شد. کاف انرژی ممنوعه تیتانیا به‎دست آمده در C° 350 برابر با 39/3 الکترون ولت بود که با افزایش دمای تهیه تا C° 550 به 08/3 الکترون ولت کاهش یافت. بالاترین درصد تخریب محلول رنگی تحت تابش نور فرابنفش مربوط به نمونه کلسینه‎شده در C° ۳۵۰ (57/33 درصد) و تحت تابش نور مرئی به نمونه کلسینه‎شده در C° ۵۵۰ (55/56 درصد) بود. نتایج به‌دست آمده از بررسی جذب سطحی ذرات حاکی از ساختار مزومتخلخل با حلقه پسماند نوع H4 و H2 به‎ترتیب برای نمونه‎های تهیه شده در ۳۵۰ و C° ۵۵۰ بود. میانگین قطر حفره‌ها برای نمونه‎های تهیه شده در ۳۵۰ و C° ۵۵۰ به ترتیب برابر 1/20 و 7/99 نانومتر بود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی نشان‎دهنده اندازه ذره‎های نمونه تهیه شده در C° 350 بین 25 تا30 نانومتر و برای نمونه تهیه شده در C° 550 بین 30 تا 45 نانومتر بود.

منابع و مأخذ:

[1]     Sugimoto, T.; Zhou, X.; Muramatsu, A.; J. Colloid Interface Science 259, 43–52, 2003.
[2]     Nagaveni, G.M.K.; Hegde, M.S.; Ravishankar, N.; Subbanna, G.N.; Mardas, G.; Langmuir 9, 2900–2907, 2004.
[3] Ahmedl, S.N.; Haider, W.; Nanotechnolgy 29, 342001-342032, 2018.
[4] Chena, Y.F.; Leec, C.Y.;  Yeng, M.Y.; Chiu, H.T.; Journal of Crystal Growth 247, 363–370, 2003.
[5] Niu, B.; Wang, X.; Wu, K.; He,  X.; Zhang, R.; Energy and Biology Materials 11, 1910-1933, 2018.
[6] Kahdim, G.R.; AL-Anbari, R.H.; Haider, A.J.; Engineering and Technology Journal 36, 1068-1074, 2018.
[7] Aphairaj, D.; Wirunmongkol, T.; Pavasupree, S.; Limsuwan, P.; Energy Procedia 9, 539–544, 2011.
[8] Yu, J.; Yu, G.H.G.; Cheng, B.; Zhao, X.J.; Yu, J.C.; Ho, W.K.; The Journal of Physical Chemistry B107(50), 13871–13879, 2003.
[9] Kim, D.J.; Hahn, S.H.; Oh, S.H.; Kim, E.J.; Materials Letters 57(2), 355–360, 2002.
[10] Eskelinen P.; Journal of Solid State Chemistry 100, 356-362, 1992.
[11] Klug, H.; Alexander, L.; "X-ray Diffraction Procedures: For Polycrystalline and Amorphous Materials", 2nd Edition, Willey, New York, EUA. 992, 1974.
[12] Kazazi, M.; Moradi, B.; Delshad, M.; Journal of Materials Science: Materials in Electron 30(6), 6116–6126, 2019.
[13] Spurr, R.A.; Myers, H.; Analytical Chemistry 29(5), 760–762, 1957.
[14] Baker R.W.; "Membrane Technology and Application", Wiley Pub, Chichester, 2004.
[15] Yu, J.C.;, Zhang, L.; Zheng, Z.; Zhao, Journal of Chemical Materials 15(11), 2280–2286, 2003.
[16] Wark, M.; Tschirch, J.; Bartels, O.; Bahnemann, D.; Rathouský, Microporous Mesoporous Materials 84(1-3), 247–253, 2005.
[17] Rouquerol J.; Rouquerol F.; Llewellyn P.; Maurin G.; Sing K.; "Adsorption by Powders and Porous Solids, Principles, Methodology and Applications" 50(2), 111-125, 2014.
[18] Zhang, Y.; Li, G.; Wu, Y.; Luo, Y.; Zhang L.; The Journal of Physical Chemistry B 109(12), 5478–5481, 2005.
[19] Nath, B.; Barbhuiya, T.F.; Journal of Chemical and Pharmaceutical Research 6(11), 608–610, 2014.
[20] Yoneyama, H.; Haga, S.; Yamanaka, S.; Journal of Physics and Chemistry 93(12), 4833–4837, 1989.
[21] Yu, C.; Li G.; Kumar, S.; Kawasaki, H.; Jin, R.; The Journal of Physical Chemistry Letters 4(17), 2847–2852, 2013.
[22] Kavan, L.; Grätzel, M.; Gilbert, S.E.; Klemenz, C.; Scheel, H.J.; Journal of the American Chemical Society 118(28), 6716–6723, 1996.
[23] Pavasupree, S.; Suzuki, Y.; Pivsa-Art S.; Yoshikawa, S.; Ceramics International 31(7), 959–963, 2005.