سنتز و بررسی خواص نوری و فتوکاتالیستی نانوذرات اکسید روی (ZnO) آلائیده شده با Si و Ti

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

بهزاد کوزه گرکالجی ¹ , مهدی موسایی ²

1 - استادیار و عضو هیات علمی دانشکده فنی و مهندسی - گروه مهندسی مواد- دانشگاه ملایر- ملایر- ایران
2 - فارغ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد- مهندسی مواد- دانشگاه ملایر

تاريخ الإرسال : 28 الجمعة , رمضان, 1438 تاريخ التأكيد : 11 الثلاثاء , صفر, 1439 تاريخ الإصدار : 10 الإثنين , ذو القعدة, 1439

الکلمات المفتاحية: اکسید روی, تخریب فتوکاتالیستی, خواص نوری, آلاینده تیتانیوم/سیلیسیم,

ملخص المقالة :

در این پژوهش نانوذرات اکسید روی به همراه افزودنی­های Ti (10 درصد مولی) و Si (10 درصد مولی) به روش سل ژل سنتز شد. خواص نمونه­ها (SZ, TZ, STZ) در مقایسه با اکسید روی خالص (ZnO=Z) مورد بررسی قرار گرفت. روش­های XRD،  SEM و UV-VIS برای بررسی فازهای کریستالی، مورفولوژی و اندازه ذرات، خواص نوری و فتوکاتالیستی نانوذرات استفاده شده است. خواص فتوکاتالیستی نمونه­ها تحت تابش نور فرابنفش و با استفاده از تخریب رنگ متیلن بلو (MB) به­عنوان یکی از آلاینده­های رنگی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می­دهد، تمامی نمونه­ها در دمای 450 درجه سانتیگراد از فاز کریستالی اکسید روی تشکیل شده است. اندازه ذرات نمونه­ها در حضور کاتیون فلزی ریزتر گردیده است. بررسی خواص فتوکاتالیستی نمونه­ها حاکی از حضور مثبت آلاینده­های فلزی برای بهبود خواص فتوکاتالیستی نمونه­ها می­باشد، به­گونه­ای که در نمونه­ به­همراه آلاینده­ همزمان، نسبت به نمونه خالص ZnO و آلاینده­ جداگانه نمونه­ها (TZ و SZ)، از بازده فتوکاتالیستی بالاتری برخوردار بوده است.

المصادر:

References:

1- V. Parmon, A.V. Emeline, and N. Serpone, "Glossary of terms in photocatalysis and radiocatalysis", International. Journal of Photoenergy, Vol. 4, pp. 91-131, 2002.     

2- M. Andrew, S.L. Hunte, "An overview of semiconductor photocatalysis." Journal of photochemistry and photobiology A: Chemistry, Vol. 108.1, pp. 1-35, 1997.      

3- B. Li, T. Liu, Y. Wang, Z. Wang. “ZnO/graphene oxide nanocomposite with remarkably enhanced visible-light-driven photocatalytic performance”, Journal of Colloid Interface Science, Vol. 377, pp. 114-21, 2012.           

4- Q. Li, S. Mahendra, D.Y. Lyon, L. Brunet, M.V. Liga, D. Li, “Antimicrobial nanomaterials for water disinfection and microbial control: Potential applications and implications” Water Research., Vol. 42, pp. 591-602, 2008.

5- D.Y. Goswami,. "Engineering of solar photocatalytic detoxification and disinfection process." Advances in Solar Energy, Vol. 10, 1995. 

6- Z. Chen, X.X. Li, N. Chen, H. Wang, G.P. Du, Y.M. Suen. Andy, “Effect of annealing on photoluminescence of blue-emitting ZnO nanoparticles by sol–gel method” Journal of Sol-Gel Science and Technology, Vol. 62, pp. 252–258, 2012.
 

7- N. Prastomo, H. Muto, M. Sakai, A. Matsuda, “Formation and stabilization of tetragonal phase in sol–gel derived ZrO₂ treated with base-hot-water”, Materials Science and Engineering, B, Vol. 173, pp. 99–104, 2010.           

8- J. Zhong, S. Muthukumar, Y. Chen, Y. Lu, H.M. Ng, W. Jiang, E.L. Garfunkel, “Ga doped ZnO single-crystal nanotips grown on fused silica by metalorganic chemical vapor deposition, Applied Physics Letter, Vol. 83, pp. 3401–3403, 2003.

9- C. Ronning, P.X. Gao, Y. Ding, Z.L. Wang, D. Schwen, “Manganese-doped ZnO nanobelts for spintronics”, Applied Physics Letter, Vol. 84, pp. 783–785, 2004.

10- J. Jie, G. Wang, X. Han, Q. Yu, Y. Liao, G. Li, J. Hou, “Indium-doped zinc oxide nanobelts” Chemical Physics. Letter, Vol. 387, pp. 466–470, 2004.          

11- L. Zhu, M. Zhi, Z. Ye, B. Zhao, “Catalyst-free two-step growth of quasialigned ZnMgO nanorods and their properties” Applied Physics Letter, Vol. 88, pp. 113106–113113, 2006.     

12- R.C. Wang, C.P. Liu, J.L. Huang, S.J. Chen, “Single-crystalline AlZnO nanowires/nanotubes synthesized at low temperature” Applied Physics Letter, Vol. 88, pp. 23111–23113, 2006.

13- N. Palomera, M. Balaguera, S.K. Arya, S. Hernández, M.S. Tomar, J.E. Ramírez- Vick, S.P. Singh, “Zinc oxide nanorods modified indium tin oxide surface for amperometric urea biosensor” Journal of Nanoscience and Nanotechnol, Vol. 11, pp. 6683–6689, 2011.     

14- W. Hao, M. Sun, H. Xu, T. Wang, “Al doped ZnO nanogranular film fabricated by layer-by-layer self-assembly method and its application for gas sensors” Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 11, pp. 10649–10653, 2011.  

15- P.V. Kamat, M. Flumiani, A. Dawson, "Metal-Metal and Metal-Semiconductor Composite Nanoclusters", Colloids and Surfaces A-Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 202, pp. 269-279, 2002.          

16- J.C. Xu, Y.L. Shi, J.E. Huang, B.Wang, H.L. Li, "Doping Metal Ions Only Onto the Catalyst Surface", Journal of Molecular Catalyst A: Chemical, Vol. 219, pp. 351-355, 2004.  

17- P. Pandey, R. Kurchania, F.Z. Haque, “Rare Earth Ion (La, Ce, and Eu) Doped ZnO Nanoparticles: Synthesized Via Sol-Gel Method: Application in Dye Sensitized Solar Cells, Optics and Spectroscopy, Vol. 119, No. 4, pp. 666–671, 2015.         

18- M. Ramzan Parra, F.Z. Haque, “Structural and optical properties of polyvinyl pyrrolidone modified ZnO nanorods synthesized through simple hydrothermal process, Optik, Vol. 125, pp. 4629–4632, 2014.        

19- Y.C. Tseng, Y.J. Lin, H.C. Chang, Y.H. Chen, C.J. Liu, Y.Y. Zou, “  Effects of Ti content on the optical and structural properties of the Ti-doped ZnO nanoparticles“, Journal of Luminescence, Vol. 132, pp. 491–494, 2012.  

20- M. Naeem, S. Qaseem, I.H. Gul, A. Maqsood, “Study of active surface defects in Ti doped ZnO nanoparticles”, J. Appl. Phys. Vol. 107, pp. 124303-124307, 2010.

21- J.J. Lu, Y.M. Lu, S.I. Tsai, T.L. Hsiung, H.P. Wang, L.Y. Jang, “Conductivity enhancement and semiconductor-metal transition in Ti-doped ZnO films”, Opt. Mater, Vol. 29, pp. 1548-1552, 2007.        

22- Y.R. Park, K.J. Kim, “ Optical and electrical properties of Ti-doped ZnO films: observation of semiconductor-metal transition”, Solid State Commun. Vol.123, pp. 147-150, 2002.         

23- G. Bajpai, T. Srivastava, S. Kumar, P. Shirage, and S. Sen, “Structure, electronic and photoluminescence study of Si doped ZnO nano-particles”, Materials Science and Engineering Vol. 149, pp. 1-7, 2016.                    

24- R.W. Baker, Membrane technology and application. Wiley Pub, Chichester, 2004.

25- S. Cho, “optical properties of ZnO films grown on sapphire substrates subjected to substrate temperature”, J. Korean Phys. Soc. Vol. 49 (3), pp. 985-988, 2006.           

26- J.J. Lu, Y.M. Lu, S.I. Tsai, T.L. Hsiung, H.P. Wang, L.Y. Jang, “Conductivity enhancement and semiconductor-metal transition in Ti-doped ZnO film”, Opt. Mater. Vol. 29, pp. 1548-1552, 2007.          

27- R. Chowdhury, P. Rees, S. Adhikari, S.P. Wilks. “Electronic structures of silicon doped ZnO, Physica B Condensed Matter, Vol. 405, pp. 1980-1985, 2010.

28- الف. حیدری، م. جعفری و ع. صفار تلوری، "سنتز و مشخصه یابی کامپوزیت های نانوکریستالی اکسیدروی با سطح ویژه بالا نشانده شده در زمینه سیلیکا- آلومینا به روش سل ژل"، مجله مواد نوین، دوره 4، شماره 13، ص 1-12، 1392.

29- C. Vatankhah, A. Ebadi. “Quantum Size Effects on Effective Mass and Band gap of Semiconductor Quantum Dots” Research Journal of Recent Sciences, Vol. 2, pp. 21-24, 2013.      

30- S.M. Soosen, K.C George, “Optical properties of ZnO nanoparticles” SB Academic Review, pp. 57-65, 2009.  

31- Y.C. Tseng, Y. Li, H.C. Chang c, Y.H. Chen, C.J. Liu, Y.Y. Zou,  “Effects of Ti content on the optical and structural properties of the Ti-doped ZnO nanoparticles”, Journal of Luminescence, Vol. 132, pp. 491–494, 2012.