بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق نانوذرات پودري دي اکسیدتیتانیم آلاییده با نیتروژن توسط واکنش دماي بالاي اوره و TiO2.nH2o به هدف جذب اپتیکی در ناحیه طیف مرئی ساخته شده است. هدف از ساخت این نمونهها افزایش جذب اپتیکی در ناحیه مرئی است. لبه جذب اپتیکی نمونهها تغییري به سمت طول موجهاي بلندتر - در حد 550 نانومتر - داشته است. سطح ویژه نانو ذرات ساخته شده در حدود 51 m2/gr گزارش شده است. روشهاي مشخصهیابی مطرح شده در این تحقیق عبارت از طیف سنجی بازتاب نفوذي - Diffused reflectance - ، پراش اشعه ایکس - XRD - ، تصویر الکترونی روبشی - SEM - ، BET و BJH میباشد.
مقدمه
امروزه خاصیت فوتوکاتالیستی دي اکسید تیتانیوم کاربردهاي زیادي در مواردي مثل خاصیت خود تمیزشوندگی، استرلیزاسیون، بوزدائی، تصویه آب و هوا و خاصیت ضد باکتري دارد. این ماده از نظر شیمیائی و فوتوشیمیائی پایدار است اما فقط تحت تابش نور فرابنفش - λ<390nm - تحریک میشود، بنابراین راندمان مصرفی تابش نور خورشید و یک لامپ فلورسنت بسیار پایین است. بنابراین تلاشها در این راستا است که بتوان بازه جذب اپتیکی دياکسیدتیتانیوم را با آلاییدن فلز واسطهاي به ناحیه نور مرئی انتقال داد . [1,2] در اثر آلاییدن نیتروژن و جایگزینی اوربیتال 2P نیتروژن به جاي اربیتال 2P اکسیژن یک تراز انرژي جدید تولید میشود . [3]
به طور تجربی ثابت شده است حالتهاي انرژي که به خاطر وجود نیتروژن تولید شده است نزدیک لبه باند ظرفیت است. [4] آلاییدن دياکسیدتیتانیوم با نیتروژن با روشهاي متفاوتی مثلاسپاترینگ دياکسیدتیتانیوم در اتمسفر [3] N2 -Ar ، حرارت پودر دياکسیدتیتانیوم دردماي چند صد درجه سلسیوس در شار گاز آمونیا [3,5] و حرارت دادن پودر TiO2 با اوره [6] امکانپذیر است. در میان این روشها روش اخیر به دلیل تولید پودر دياکسیدتیتانیوم آلاییده با نیتروژن بدون افزایش سطح ویژة آنها مورد علاقه ماست . [6] آلاییدن نمونه با نیتروژن به دلیل آزاد شدن گاز آمونیا در طی تجزیه حرارتی اوره و محصولات است . [7] در این تحقیق ما پودر دياکسیدتیتانیوم آلاییده با نیتروژن را با حرارت دادن TiO2.nH2O و اوره بدست آوردیم.
روش آزمایش
در ابتدا سل پایدار با pH=7.0 از نانو ذرات آمورف TiO2 به وسیله هیدرولیز TTIP - تیتانیوم تترا ایزو پروپوکساید - ساخت شرکت مرك آلمان ، آب اکسیژنه - مرك - و آب DI ساخته شد .[8] پودر TiO2.nH2O با الکترو فورسیس کردن سل مربوطه در ظرفی استیل جمع آوري شد و در هواي اتاق در دماي حدود 50- 60˚C خشک شد و سپس در هاون عقیق ساییده شد. تا اینجا ما پودرTiO2 آمورف زردرنگی داریم. با حرارتدهی TiO2.nH2O با اوره به طور همزمان آلاییدن نمونه با نیتروژن و تبدیل فاز کریستالی نانو ذرات دياکسیدتیتانیوم آمورف انجام شد. در این تحقیق اثر دما، زمان و نسبت وزنی مواد اولیه - اوره نسبت به - TiO2.nH2O بررسی شد. اثر دما را براي دماي 300 تا 700 درجه سانتیگراد، اثر زمان را براي زمانهاي 1 تا 7 ساعت و نسبت وزنی اوره به دياکسیدتیتانیوم را براي مقادیر 0.5 تا 2.5 ماده چگال نانو ساختارها 285 بررسی کردیم. یک گرم از پودر TiO2.nH2O با مقادیر مختلفی از اوره مخلوط شد و در یک کوره استوانهاي الکتریکی در معرض هوا حرارت داده شد و سپس به دماي اتاق رسید. براي مشخصهیابی نمونههاي آماده شده از آنالیزهاي طیفسنجی بازتاب نفوذي - DRS - توسط دستگاه AvaSpec مدل 2048TEC ، پراش اشعه ایکس - XRD - توسط دستگاه D4 Bruker ، تصاویر الکترونی روبشی - SEM - توسط سیستم فیلیپس مدل XL3 استفاده شده است، سطح ویژه نمونهها و سایز تخلخلها به وسیله آنالیز BET و BJH توسط دستگاه Belsorp mini II انجام شد.
نتیجهگیري و بحث
فاز کریستالی پودرهاي بدست آمده آناتاز میباشد و رنگ نمونهها با افزایش نسبت اوره به TiO2.nH2O از زرد کمرنگ به زرد تغییر کرده است و همانطور که از شکل 1 برمیآید به نظر میرسد در نمونهاي که اوره دارد به دلیل کاهش ارتفاع پیکها خاصیت کریستالی نمونه کاهش پیدا کرده است.
ماده چگال نانو ساختارها
شکل: 3 طیف جذب اپتیکی در زمان هاي مختلف - منحنی سبز مربوط به حالت بدون اوره است که 2ساعت در دماي 500 درجه سانتیگراد حرارت دیده است. - تاثیر دماي حرارتدهی در شکل 4 بررسی شده است. دماهاي مورد بررسی عبارتند از 300، 400، 500، 600 و 700 درجه سانتیگراد و مدت زمان حرارتدهی در تمام نمونهها 2 ساعت میباشد. با توجه به شکل بیشترین جابجائی در ناحیه طول موجهاي بلندتر حرارتدهی در دماي 500 ˚C میباشد. تاثیر زمان حرارتدهی در شکل 3 بررسی شده است. دما درهمه نمونههاي 500˚C میباشد و زمان حرارتدهی براي زمانهاي 1، 2، 3، 4، 5، 6 و 7 ساعت بررسی شده است. همانطور که در شکل شکل: 4 طیف جذب اپتیکی در دما هاي مختلف - منحنی سبز مربوط به حالت مشاهده میشود به نظر میرسد که زمان 2 ساعت بیشترین بدون اوره است که 2ساعت در دماي 500 درجه سانتیگراد حرارت دیده است. - جابجایی را به سمت طول موجهاي بلندتردارد.
