بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه نانورشته هیدروکسید مس Cu - OH - 2 به روش هم رسوبی در دمای50°C و به مدت 2 ساعت تهیه شد. خواص نوری نانو رشته به دست آمده به وسیله طیف سنجی Uv-Vis و فوتولومینسانس مطالعه شد. ساختار بلوری به وسیله پراش اشعه ایکس - XRD - مورد بررسی قرار گرفت. بررسی مورفولوژی سطح توسط تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی - FE-SEM - انجام شد. برای تعیین نوع ترکیب و بررسی حضور ناخالصی های آلی و یا معدنی در نمونه های تهیه شده، از طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز - FTIR - استفاده شد.
مقدمه
فلزات واسطه ویژگیهای منحصر به فردی از خود نشان میدهندمانند وجود حالتهای اکسیداسیون مختلف، تشکیل ترکیبات پارامغناطیس، نقطه ذوب بالا، نقطه جوش بالاو فعالیت موثرکاتالیزوری همگن و ناهمگن که همه این خواص را میتوان بهلایه نیمه پر d آن ها نسبت داد. [1]مواد نانو، خواص برجسته و شگفت انگیزی با کاهش ابعاد، تغییرشکل و ساختار کریستالی از خود نشان میدهند[2] .نانوساختارهای نیمه هادی گروه مهمی از مواد هستند که کاربرهای متنوعی در وسایل اپتوالکترونیک، کاتالیستها، لوازم آرایشی و حسگرهایزیستی دارند. اکسید و هیدروکسید فلزات واسطه یک گروه مهم ازنیمههادیها هستند که در تحقیقات بنیادی و کاربردی تکنولوژیمورد استفاده قرار میگیرند. [3]اخیرا ترکیبات نانو مقیاس بر پایه مس به دلیل کاربردهای منحصر به فرد در زمینه ابر رساناها، کاتالیزورها و دستگاههای الکترونیکنوری بسیار مورد توجه قرار گرفتند.
در این میان نیمههادیهیدروکسید مس با شکاف نواری 1.85 eV به دلیل فراوانیطبیعی مواد آغازی آن، فرآیند تولید کم هزینه و غیر سمی بودن توجه بسیاری را به خود جلب کردهاست. هیدروکسید مس به دلیل خواص مغناطیسی وحساسیت زیاد به آنیونهای مولکولی در سنسورها مورد استفاده قرار میگیرد.[4-6]به تازگی تاکید شده که جدا از سایز، شکل نانو ساختار هم بههمان اندازه برای کنترل خواص مختلف مانند جذب نوری در نانو-ساختار و فعالیت کاتالیزوری مهم است. [7] از آنجایی کهخواص فیزیکی و شیمیایی مس هیدروکسید به شدت وابسته بهمورفولوژی است در سالهای اخیر تلاشهای قابل توجهی برای سنتز انواع مختلف نانوساختار مس هیدروکسید شده است.
تا بهامروز مجموعهای از روشها برای سنتز نانوذرات هیدروکسید مساز جمله سل-ژل، سونوشیمی، هیدروترمال، اکسیداسیون حرارتیمورداستفاده قرارگرفته. اگرچه پیشرفتهای زیادی در زمینه سنتز نانو ذرات هیدروکسید مس شدهاست ولی تا اندازهای همه روش-های بالا دارای معایبی هستند از جمله: روش کار تجربی پیچیده،هزینه بالا، تجهیزات پیچیده، شرایط تجربی سخت و استفاده از حلالهای آلی و شیمیایی زیان آور محیط زیست که سمی بوده وبه راحتی در محیط تخریب نمیشوند. [8]در این میان روش شیمیایی همرسوبی یک روش ساده، ایمن، مناسب برای تولید انبوه، سازگار با دمای پایین و مقرون به صرفه میباشد. [2,9] در این تحقیق نانو ذرات هیدروکسید مس با روشهمرسوبی در دمای 50œC و به مدت 2 ساعت تهیه شد.
روش تجربی
سنتز نانوذرات رشته مانند مس هیدروکسید با استفاده از استاتمس و آمونیاک غلیظ به عنوان ماده اولیه و به روش همرسوبی دردمای 50°C و طی مدت 2 ساعت انجام شد. برای تعیین نوع ترکیب نانو ذرات به دست آمده و وجود هرگونه ناخالصی در آن ازطیف سنجی FT-IR استفاده گردید. ساختار بلوری نانو رشتهمس هیدروکسید تهیه شده به وسیله پراش پرتو ایکس - XRD - تعیین شد. خواص نوری نانو رشته به دست آمده از نظر میزانجذب ومقدار انرژی باند گپ نانو رشته توسط طیف سنجی Uv-Vis مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی مورفولوژی سطح نانو ذرات رشته مانند از تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی - - FE-SEM استفاده شد.
نتایج و بحث
طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه - - FT-IR اطلاعاتی در موردترکیب شیمیایی یک نمونه در اختیار ما میگذارد.اکسید وهیدروکسید نانو ذرات فلزی در طیف FT-IR معمولا در محدودهزیر 1000 cm-1 جذب دارند که ناشی از ارتعاشات بین اتمی می-باشد.[10] به طور معمول پیک های مشاهده شده در محدوده400-850 cm-1 به حالت ارتعاشی Cu-O، O-Cu-O،-Cu-O Cuنسبت داده میشود.[11] با توجه به شکل 1 پیکهای مشاهدهشده در 487، 564، 653 و 894 مربوط به حالت کششی Cu-میباشد.[12] پیک مشاهده شده در محدوده 3200-3600 cm-1 به مد های ارتعاشی O-H در مس هیدروکسید و یا در مولکول-های آب جذب شده توسط نانو رشته مربوط میگردد.
پراش پرتو ایکس به دست آمده از ذرات رشته مانند هیدروکسیدمس در شکل 2 نشان داده شدهاست. پیکهای اصلی مشاهده شده در زوایای 16/8، 23/8، 34/1، 35/6، 38/5، 39/7 و53/3به صفحات - 020 - ، - 021 - ، - 002 - ، - 111 - ، - 022 - ، - 130 - و - 132 - نسبت داده می شود. با توجه به کارت مرجع 35-0505 و داده های به دست آمده از طیف XRD، نانو ذرات رشته مانندهیدروکسید مس به دست آمده، ساختار ارتورومبیک دارند. اندازهنانو بلورک ها با استفاده از رابطه دبای شرر و مقدار FWHMمربوط به پیک - 002 - ، 15 نانومتر تخمین زده شد. جذب اپتیکی نانو ذرات رشته مانند هیدروکسید مس در محدوده300-800 - nm - در شکل 3 نشان داده شدهاست.
به منظور محاسبه شکاف باند گسترده نانو ذرات رشته مانند مس هیدروکسید با استفاده از طیف جذبی، معادله زیر مورد استفاده قرار گرفت.K انرژی فوتون بر حسب ev ، α ضریب جذب بر حسب cm-1 ، B مقدار ثابت ، ضریب n برای انتقال مستقیم برابر 2 و برایانتقال غیر مستقیم برابر < میباشد.[13] برای تعیین گاف انرژی
مستقیم با استفاده از طیف Uv-Vis نمودار - K - 2 رابرحسب Kرسم میکنیم.با رسم محل تقاطع امتداد قسمت خطی نمودار با محور انرژی - - K ، مقدار انرژی شکاف باند به دست میآید . با توجه به شکل 4 مقدار انرژی شکاف نوار نانو ذرات رشته مانندمس هیدروکسید برابر 3.0 eV می باشد. در نانوذرات نیمه هادیخواص نوری و الکتریکی تحت تاثیر اثرات کوانتومی و برهمکنشهای بسذرهای هستند.
این اثر به ویژه هنگامی که اندازه بلورمتناسب یا کوچکتر از شعاع بور باشد، بیشتر مورد توجه قرار میگیرد.[14] با توجه به اینکه اندازه نانوبلورک ها 15 نانومتر تخمین زده شده، جابهجایی آبیمشاهده شده در انرژی نوار گافنانوذرات رشته مانند مس هیدروکسید تهیه شده نسبت به حالت توده - Cu - OH - 2,bulk;1.85eV [5] - به اثر حبس کوانتومینسبت داده شدهاست.طیف نشری فوتولومینسانس نانو ذرات مس هیدروکسید تهیه شده در شکل 5 نشان داده شده است. طول موج تهییج در این آزمایش320 نانومتر بوده است. با توجه به شکل بهدست آمده پیک نشری مشاهده شده در 421 نانومتر مربوط به انتقالات الکترونی در نوار گاف نانو ذره رشته مانند مس هیدروکسید تهیه شده میباشد. کهدر تطابق خوبی با انرژی نوار گاف بدست آمده - 3.0 eV - از دادههای طیف جذبی آن می باشد.
