بررسی خواص ساختاری و فتوکاتالیستی نانوذرات تیتانیای دوپ شده با کاتیون های  …

بررسی خواص ساختاری و فتوکاتالیستی نانوذرات تیتانیای دوپ شده با کاتیون های …

سختی (ماوس)

۶-۵/۵

۵/۶-۶

فازهای آناتاز و روتایل از نظر کاربردی اهمیت بیشتری نسبت به فاز بروکیت دارند. فاز روتایل از فاز آناتاز
متراکمتر و در تفرق نور تواناتر است [۲۶]. دینگ[۱۱] و همکارانش نشان دادهاند که استحاله فازی آناتاز به روتایل در پودر نانوکریستال TiOبدست آمده از روش سل-ژل، تحت تاثیر بسیاری از پارامترهای آمادهسازی، نظیر
کاتالیستهای هیدرولیز، درجه هیدرولیز، دمای اتاق در مرحله آمادهسازی ژل[۱۲]، افزودنیهای مورد مصرف و غیره میباشد [۲۸،۲۷]. از لحاظ ترمودینامیکی روتایل در تمام دماها پایدار میباشد در حالیکه آناتاز فاز ناپایدار بوده و با افزایش دما به روتایل تبدیل میشود. البته سرعت این تبدیل بستگی به شرایط حاکم بر واکنش دارد و با تغییر پارامترهای حاکم میتوان این استحاله را به تعویق انداخته و متوقف کرد و یا آن را تسریع نمود.
۲-۳-۳ خاصیت فتوکاتالیستی تیتانیا
همانطور که از نام فتوکاتالیست برمیآید فتوکاتالیست، نقش نور و کاتالیست را تواماً در تسریع یک واکنش شیمیایی نشان میدهد. نقشی را که نور در تسریع واکنش دارد مانند نقش یک کاتالیست در یک واکنش ترمال است، با این تفاوت که در کاتالیست، ایجاد ترکیبات میانی مناسب باعث پیشرفت واکنش میشود در حالی که در فتوکاتالیست بر اثر تابش نور یک جفت الکترون- حفره ایجاد میشود که در واکنش شرکت میکنند و باعث تسریع واکنش میشوند.
در فلزات، بهعلت روی هم افتادن نوار هدایت و ظرفیت و عدم وجود ساختار نواری مجزا، نوار ممنوعه وجود ندارد و لذا مفهوم الکترون-حفره در آنها بیمعنی است. همچنین در عایقها، با توجه به فاصله زیاد بین نوار ظرفیت و نوار هدایت، در دماهای معمولی عملا هیچ الکترونی قادر نیست انرژی، جهت گذار به نوار هدایت را کسب نماید. ولی در نیمههادیها بهعلت ماهیت ساختار نواری آنها و دارا بودن ناحیه نوار ممنوعه (گاف انرژی) در حدود ev3-2، امکان گذار موفق الکترون نوار ظرفیت به نوار هدایت، پس از تابش فوتون فراهم است [۲۹].
از اینرو ایجاد الکترون- حفره در گسترهی نور مرئی- فرابنفش بهراحتی امکانپذیر است. از این جهت اکثر
نیمههادیها خاصیت فتوکاتالیست دارند [۳۰].
تحقیقات اولیه انجام شده در زمینه فتوکاتالیستی دیاکسید تیتانیوم به اوایل قرن بیستم باز میگردد. دودو[۱۳] و همکارانش خاصیت رنگبری تیتانیا را تحت تابش نور در خلا[۱۴] و در حضور اکسیژن در ۱۹۳۸ گزارش کردند و متوجه شدند که در این واکنش نوری تیتانیا هیچ تغییری نمیکند در سال ۱۹۵۶ماشیو و همکارانش مقاله خود را با عنوان “خود اکسیدکنندگی TiO2 به عنوان یک فتوکاتالیست” منتشر کردند و از نمونههای مختلف
دیاکسید تیتانیوم با فاز آناتاز و روتایل استفاده کردند و متوجه شدند که دیاکسید تیتانیوم با فاز آناتاز خاصیت اکسیدکنندگی بالاتری دارد. در دههی ۱۹۷۰ فوجیشیما[۱۵] و هوندا[۱۶] به اثر فتوکاتالیستی الکترودهای دیاکسید تیتانیوم TiO2 در واکنش تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن پی بردند [۳۱]. از آن سال به بعد تحقیقات در مورد فتوکاتالیستها در راستای ارائه راهکارهایی برای ایجاد منابع انرژی تجدید ناپذیر بسیار پیشرفت نمود .
۲-۴ اصول اولیه فرآیندهای فتوکاتالیستی
هرگاه یک ذره فتوکاتالیست توسط فوتونی با انرژی بیشتر از انرژی نوار ممنوعه خود تحریک شود، الکترون های نوار ظرفیت با جذب این فوتون برانگیخته شده و به نوار هدایت میروند و لذا جدایش زوج الکترون– حفره در ذره رخ میدهد. در برخورد مولکولهای اکسیژن هوا با سطح، الکترونهای آزاد به آنها منتقل شده و رادیکال فعال[۱۷] O2- ایجاد میشود. در این حالت سطح ماده بسیار فعال میشود بهطوری که میتواند در برخورد با مولکولهای آب و جذب اتم هیدروژن، حفره را به آن منتقل کرده و رادیکال آزاد هیدروکسیل OH تولید کند. رادیکالهای شدیداً فعال تولید شده، در تماس با مواد و ترکیبات آلی، آنها را اکسید میکنند. روابط ۲-۱ تا ۲-۶ اصول واکنشهای فتوکاتالیستی را نشان میدهد [۳۲].
برای مثال بیشترین نیمههادی که در تحقیقات مورد استفاده قرار میگیرد اکسید تیتانیوم است که بهعنوان اکسید پایه و اکسیژن و آب بهعنوان واکنشگرها مورد استفاده قرار میگیرند.

این مطلب را هم بخوانید :  مقاله دانشگاهی - ارتباط سنجی سطح معنویت محیط کار با فرسودگی شغلی و رضایت شغلی ...

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  fotka.ir  مراجعه نمایید.

(۲-۱) TiO+ h TiO2 (eCB + h+VB)
(۲-۲) TiO(eCB + h+VB) TiO2 + heat
(۲-۳) TiO+ H2Oads TiO2 + H+ + OH
(۲-۴) eCB + Oads O2