تأثیر زمان پخت بر ریخت شناسی و فعالیت فوتوکاتالیستی نانوساختارهای اکسید روی تهیه شده در محیط سفیده تخم مرغ

محورهای موضوعی : تحقیقات در علوم مهندسی سطح و نانو مواد

پژمان مولائی ¹ , فرشته رحیمی مقدم ²

1 - گروه پژوهشی مستقل نانوفناوری، گروه فیزیک، واحد مسجدسلیمان، دانشگاه آزاد اسلامی، مسجدسلیمان ، ایران
2 - گروه پژوهشی مستقل نانوفناوری، گروه فیزیک، واحد مسجدسلیمان، دانشگاه آزاد اسلامی، مسجدسلیمان ، ایران

تاریخ دریافت : 1400/11/12 تاریخ پذیرش : 1401/02/01 تاریخ انتشار : 1401/03/01

کلید واژه: نانومیله های اکسید روی, سفیده تخم مرغ, رشد نانومیله ها, روش سل ژل,

چکیده مقاله :

استفاده از نانوساختارهای اکسید فلزی به عنوان ماده فعال در فرایند فوتوکاتالیستی یکی از راهکارهای ارائه شده برای تصفیه آب آشامیدنی و فاضلاب های صنعتی است. در این پژوهش نانومیله‌های اکسید روی به عنوان یک اکسید فلزی ارزان قیمت با استفاده از روش سل ژل ساده در محیط سفیده تخم مرغ سنتز شدند. نمونه ها در دمای بهینه 600 درجه سانتیگراد و دو زمان 3 و 5 ساعت به منظور بررسی تغییرات ساختاری و ریخت شناسی ناشی از تغییر زمان، پخت شدند و با آزمون های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، طیف‌سنجی مرئی - فرابنفش (UV-vis) و نورتابناکی (PL) مشخصه یابی شدند. استفاده از محیط تخم مرغ باعث کنترل ریخت ذرات و تولید نقص ساختاری کمبود اکسیژن شد که با آزمون های FESEM و PL تایید شد. همچنین آزمون فوتوکاتالیست با استفاده از رنگ متیلن بلو تاثیر مثبت ریخت یک بعدی نانوساختارها و تولید نقص ساختاری کمبود اکسیژن بر روی افزایش بازده فوتوکاتالیستی نانومیله های اکسید روی را تایید کرد که می تواند گزینه مناسبی برای کاربرد در ساخت فیلترهای تصفیه آب خورشیدی و تصفیه فاضلاب صنعتی باشد.

منابع و مأخذ:

 [1] C. Xu, P. Ravi Anusuyadevi, C. Aymonier, R. Luque, S. Marre, Nanostructured materials for photocatalysis, Chem Soc Rev. 48 (2019) 3868-3902.

[2] D. Chen, Z. Wang, T. Ren, H. Ding, W. Yao, R. Zong, Y. Zhu, Influence of Defects on the Photocatalytic Activity of ZnO, The Journal of Physical Chemistry C ,118 (2014) 15300-15307.

[3] S. Adhikari, R. Gupta, A. Surin, T.S. Kumar, S. Chakraborty, D. Sarkar, G. Madras, Visible light assisted improved photocatalytic activity of combustion synthesized spongy-ZnO towards dye degradation and bacterial inactivation, RSC Advances , 6 (2016) 80086-80098.

[4] J. Gao, Y. Wang, S. Zhou, W. Lin, Y. Kong, A Facile One‐Step Synthesis of Fe‐Doped g‐C3N4  Nanosheets and Their Improved Visible‐Light Photocatalytic Performance, Chem Cat Chem, 9 (2017) 1708-1715.

[5] X. Bai, L. Wang, R. Zong, Y. Lv, Y. Sun, Y. Zhu, Performance enhancement of ZnO photocatalyst via synergic effect of surface oxygen defect and graphene hybridization, Langmuir 29 (2013) 3097-3105.

[6] N.A.M. Asib, A.N. Afaah, A. Aadila, F.S. Husairi, S.A.H. Alrokayan, H.A. Khan, M.H. Mamat, T. Soga, M. Rusop, Z. Khusaimi, Solution growth of highly crystalline and dense-packed ZnO nanorods on a TiO2 seed layer with enhanced absorbance properties, Japanese Journal of Applied Physics 59 (2020) SAAC10.

[7] W. Sangchay, L. Sikong, K. Kooptarnond, Comparison of photocatalytic reaction of commercial P25 and synthetic TiO2-AgCl nanoparticles, Procedia Engineering, 32 (2012) 590-596.

[8] X. Pan, M.Q. Yang, Y.J. Xu, Morphology control, defect engineering and photoactivity tuning of ZnO crystals by graphene oxide--a unique 2D macromolecular surfactant, Phys Chem Chem Phys 16 (2014) 5589-5599.

[9] D. Chandra, S. Mridha, D. Basak, A. Bhaumik, Template directed synthesis of mesoporous ZnO having high porosity and enhanced optoelectronic properties, Chem Commun (Camb) 14 (2009) 2384-2386.

[10] S. Biswas, J. Husek, S. Londo, L.R. Baker, Highly Localized Charge Transfer Excitons in Metal Oxide Semiconductors, Nano Lett 18 (2018) 1228-1233.

[11] N. Chauhan, V. Singh, S. Kumar, K. Sirohi, S. Siwatch, Synthesis of nitrogen- and cobalt-doped rod-like mesoporous ZnO nanostructures to study their photocatalytic activity, Journal of Sol-Gel Science and Technology 91 (2019) 567-577.

 [12] N. Kumar, H. Mittal, L. Reddy, P. Nair, J.C. Ngila, V. Parashar, Morphogenesis of ZnO nanostructures: role of acetate (COOH−) and nitrate (NO3−) ligand donors from zinc salt precursors in synthesis and morphology dependent photocatalytic properties, RSC Advances 5 (2015) 38801-38809.

[13] M. Tahir, N. Mahmood, J. Zhu, A. Mahmood, F.K. Butt, S. Rizwan, I. Aslam, M. Tanveer, F. Idrees, I. Shakir, C. Cao, Y. Hou, One Dimensional Graphitic Carbon Nitrides as Effective Metal-Free Oxygen Reduction Catalysts, Sci Rep 5 (2015) 12389.

[14] J. Song and S. Lim, Effect of Seed Layer on the Growth of ZnO Nanorods, J. Phys. Chem. C 111 (2007) 596-600.

[15] P. Molaei and F. Rahimi-Moghadam, Optimized synthesis of ZnO nanostructures by egg-white content ratio manipulation for   photocatalytic applications, Mater. Res. Express, 6 (2019) 1250h7

 [16] B.D. Cullity & S.R. Stock, Elements of X-Ray Diffraction, 3rd Ed., Prentice-Hall Inc., 2001, p 96-102, ISBN 0-201-61091-4.

[17] P. Makuła, M. Pacia, and W. Macyk, How To Correctly Determine the Band Gap Energy of Modified Semiconductor Photocatalysts Based on UV–Vis Spectra, J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 23, 6814–6817.

 [18] S. Pramanik, S. Mondal, A. C. Mandal, S. Mukherjee, S. Das, T. Ghosh, R. Nath, M. Ghosh, P. K. Kuiri, Role of oxygen vacancies on the green photoluminescence of microwave-assisted grown ZnO nanorods, J. Alloys Compd, 849 (2020) 156684.

[19] J. Wang, Z. Wang, B. Huang, Y. Ma, Y. Liu, X. Qin, X. Zhang, and Y. Dai, Oxygen Vacancy Induced Band-Gap Narrowing and Enhanced Visible Light Photocatalytic Activity of ZnO, ACS Appl. Mater. Interfaces 4 (2012) 4024−4030.

[20] P. Ghasemipour1, M. Fattahi1, B. Rasekh and F. Yazdian, Developing the Ternary ZnO Doped MoS2 Nanostructures Grafted on CNT and Reduced Graphene Oxide (RGO) for Photocatalytic Degradation of Aniline, Sci. Rep., 10 (2020) 4414.

[21] K. Sahu and A. Kumar Kar, Counterion-Induced Tailoring of Energy Transfer in Hydrothermally Grown Nanostructured ZnO for Photocatalysis, Cryst. Growth Des.21,(2021)  3656−3667.

[22] P Yun-Pei Zhu, Min Li, Ya-Lu Liu, Tie-Zhen Ren, and Zhong-Yong Yuan, Carbon-Doped ZnO Hybridized Homogeneously with Graphitic
Carbon Nitride Nanocomposites for Photocatalysis, J. Phys. Chem. C  118 (2014)10963−10971.