بخشی از مقاله
چکیده
ساختار هاي هسته-پوسته نانوذره اي CdS@TiO2 به عنوان ساختار هایی مناسب براي فوتوکاتالیست هاي فعال در ناحیه مرئی مطرح هستند.جهت ساخت این ساختار ها نانو ذرات سولفید کادمیوم به روش ترمو شیمیایی ساخته شدند و پس از ساخت این نانوذرات بر روي آن ها یک لایه چند نانومتري از دي اکسید تیتانیوم به روش لایه نشانی در فاز مایع ایجاد شد. تحلیل داده هاي XPS نشان می دهد که نانوذرات تشکیل شده ساختار هسته-پوسته دارند و با افزایش زمان لایه نشانی لایه ها ضخیم تر می شوند. منحنی هاي جذب نوري نیز وجود CdS و TiO2 را نشان می دهند.
این اتفاق در نانو کامپوزیتهاي این دو ماده هم می تواند بیفتد، با این حال در نانو کامپوزیتها به دلیل اینکه دو ماده مشابه می توانند در کنار هم قرار گیرند احتمال بازترکیب بیشتر است. درعین حال در ساختار core-shell که ماده فوتوکاتالیست روي سطح یک نانو ذره دیگر لایه نشانی می شود سطح موثر آن نیز افزایش خواهد یافت که خود این خصوصیت هم در افزایش بازده فوتوکاتالیست کاملا قابل توجه است.
لایه نشانی به روش لایه نشانی در فاز مایع یکی از روشهایی است که از حدود 20 سال پیش براي لایه نشانی علی الخصوص اکسیدهاي فلزي مورد توجه قرار گرفته است، در مورد اکسیدتیتانیوم این روش اولین بار توسط Deki و همکارانش در سال 1986 بکار گرفته شد.[3] در این روش با استفاده از یک پیش ماده که هیدرولیز آن به کندي انجام می گیرد گونه هاي TiOH به آرامی در محیط تولید شده و در روي سطح انباشت می شوند. سپس این گونه ها آب خود را از دست داده و به گونه هاي TiO2 تبدیل می شوند.
در این روش آبدوستی سطح زیر لایه از اهمیت فوق العاده اي برخوردار است. به این ترتیب که هر چه زیرلایه آبدوست تر باشد چسبندگی و یکنواختی و بطور کلی کیفیت لایه بالاتر خواهد بود. بعلاوه این روش قابلیت این را دارد که بر روي سطوح با اشکال پیچیده هم بطور کامل لایه نشانی کند. از این رو در این کار بر آن شدیم که با استفاده از خواص جالب این روش لایه هاي اکسید تیتانیوم را بر روي سطح آبدوست نانو ذرات سولفید کادمیوم بنشانیم. با این روش یک فوتوکاتالیست فعال با نور مرئی خواهیم داشت.
روشهاي آزمایشی
براي تهیه نانوذرات سولفید کادمیوم پیش ماده CdSO4و Na2S2O3 استفاده شده است . محلول CdSO4 1 mM و Na2S 2O3 50 mM را با محلول 0,5 M از عامل پوششی1 تیوگلیسرول پس از ترکیب به pH = 8 می رسانیم سپس آن را در دماي 96°C به مدت یک ساعت حرارت می دهیم. نانو ذرات سولفید کادمیوم تشکیل می شود. براي جدا کردن نانو ذرات از محلولی که شامل مواد اولیه است، این ذرات را با استفاده از روش جداسازي گریز از مرکز از محلول جدا کرده و دوباره در آب پخش می کنیم. سطح ذرات سولفید کادمیوم ساخته شده با این روش به خوبی آبدوست است و پس از سانتریفیوژ دوباره براحتی در آب پخش می شوند.
در مرحله بعد براي لایه نشانی اکسید تیتانیوم بر روي این ذرات از روش لایه نشانی در فاز مایع استفاده می کنیم. ابتدا محلول TiF4 0,04 M را در محلول ذرات سولفید کادمیوم درست کرده و آن را در حمام آب گرم 70°C قرار می دهیم. در زمان هاي 5 و 10 و 20و 30دقیقه از محلول مورد نظر نمونه برداشته و آنها را آنالیز می کنیم. از این محلولها با استفاده از دستگاه Jasco V530 طیف عبور اپتیکی گرفته شده است. به منظور آنالیز XPS ذرات را 3 الی 4 بار با اتانول شسته و آنها را بر روي یک زیرلایه سیلیکون چند کریستالی خشک کردیم. پس از آن با استفاده از اشعه ایکس MgKα - 1256.6eV - در خلا کمتر از 10-9 torr و با تحلیل گر انرژي Specs EA10 plus، انئازه گیري ها انجام شدند.
بحث و بررسی
طیف عبور اپتیکی این ذرات - شکل - 1 نشان می دهد که لبه جذب این ذرات بر لبه جذب نانو ذرات سولفید کادمیوم منطبق است. دلیل این امر این است که وقتی نور با طول موج بزرگتر از شکاف انرژي دي اکسید تیتانیوم به آن می رسد آن را شفاف می بیند ولی در بر خورد با لایه درونی تر یعنی سولفید منحنی هاي عبور یک لبه جذب در حوالی 480 نانومتر و یکی در حدود 300 نانومتر نشان می دهند که به ترتیب به CdS و TiO2 مربوط می شوند.
آنالیز XPS به ترکیب شیمیایی و محیط اطراف عناصر در ماده بسیار حساس است. وجود قله مربوط به یک عنصر در انرژي مربوطه نشان دهنده وجود این عنصر در ماده مورد نظر است. از طرفی شدت قله ماده مورد نظر با مقدار عنصر موجود در سطح ماده متناسب است. به این ترتیب آنالیز XPS به عنوان یکی از روشهاي مناسب براي مشخصه یابی ساختار هاي core_shell مورد توجه است. بعلاوه محیط شیمیایی اطراف یک اتم بر ترازهاي انرژي داخلی اتم و در نتیجه پیک هاي آن تاثیر می گذارد.
طیف کلی نمونه ها را در شکل 2 می توان دید. در طیف این نمونه ها می توان عناصر O1s,C1s, S2p, Cd3s و Ti2p را یافت. در این طیف ها می توان دید که با گذشت زمان رشد پیک مربوط به Cd کاهش می یابد و پیک مربوط به Ti افزایش می یابد. این امر نشان می دهد که ساختار هاي core-shell تشکیل شده است. علاوه بر این دیده می شود که 10 دقیقه پس از رشد بدلیل تغییر محیط شیمیایی اطراف ذرات، انرژي بستگی عناصر اندکی به سمت انرژي هاي کوچکتر منتقل شده است. این واقعیت در شکل 3 نشان داده شده است.
