بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش ابتدا نانوذرات اکسید مولیبدن به روش آندایزینگ در محیط الکترولیت 0/02 M HCl و با اعمال اختلاف پتانسیل 30 V سنتز شدند. در نهایت از آندایزینگ ورقه مولیبدن، محلول کلوییدی آبی رنگی حاصل شد. به منظور مطالعه تاثیر محلول پالادیم کلراید - PdCl2 - بر خواص اپتیکی و ساختاری، نمونه Pd-MoO3-x با نسبت مولی - Pd/Mo=1:10 - تهیه شد. خواص ساختاری و اپتیکی نمونهها با استفاده از آنالیزهای XRD، XPS، FE-SEM، TEM و اسپکتروسکوپی UV-Vis مطالعه شد. نتایج XRD تشکیل فاز اورتورومبیک نمونه اولیه و نمونه Pd-MoO3-x را نشان میدهد. همچنین افزودن پالادیم کلراید موجب رشد ترجیحی صفحات - 0k0 - شده است. روند شفاف شدن محلولهای کلوییدی Pd-MoO3-x در طی سه روز با استفاده از طیفهای جذب UV-Vis بررسی گردید. XPS وجود حالتهای اکسیدی Mo6+ و Mo5+ را در نمونه اولیه و نمونه Pd-MoO3-x تایید میکند.
مقدمه
تری اکسید مولیبدن با فرمول شیمیایی MoO3 یک نیمرسانای نوع n با گاف اپتیکی پهن - 3.2 eV - است که حالت اکسیدی در این ترکیب +6 است .[1] تری اکسید مولیبدن عمدتا به سه شکل وجود دارد: اورتورومبیک -MoO3 - - ، مونوکیلینیک - -MoO3 - و هگزاگونال - h-MoO3 - که از لحاظ ترمودینامیکی پایدارترین فاز است .[2] در بین انواع مختلف مواد رنگزای اکسید فلزات واسطه، اکسید مولیبدن به دلیل ساختار لایهای منحصر به فرد یک کاندید نوید بخش برای کاربردهای صنعتی از قبیل کاتالیستها، ابزارهای فوتوکرومیک، الکتروکرومیک و سنسورهای گازی است .[4 ,3] تکنولوژیهای گوناگونی به منظور کنترل ساختار و مورفولوژی MoO3 مانند تبخیر حرارتی [5]، الکتروانباشت [6] و هیدروترمال [7] توسعه پیدا کردهاند.
روشهای ذکر شده عمدتا چند مرحلهای و زمان بر هستند و نیاز به تجهیزات خﻻ دارند. از طرفی اغلب مطالعات صورت گرفته بر روی لایههای نازک اکسید مولیبدن بوده است و تاکنون مطالعات بسیار اندکی در زمینه محلولهای کلوییدی انجام شده است. به همین دلیل علاقه مند شدیم تا مطالعات خود را بر روی محلولهای کلوییدی و استفاده از یک روش تک مرحلهای و کم هزینه متمرکز کنیم. در این پژوهش روش آندایزینگ را انتخاب کردیم که از مزایای آن تشکیل فازهای هیدریدی است که منجر به افزایش پاسخ حسگری گازی در سیستمهای مبتنی بر این مواد میشود.
آماده سازی و تهیه نمونه
ابتدا نانوذرات کلوییدی اکسید مولیبدن به روش آندایزینگ ساخته شدند. در این روش از دو ورقه مولیبدن 99% به عنوان الکترود، محلول الکترولیت 0/02 مولار HCl و اختلاف پتانسیل 30V استفاده شد. پس از قرار دادن محلول نهایی در التراسونیک، محلول کلوییدی همگن و آبیرنگ اولیه بهدست آمد. سپس محلول کلوییدی Pd-MoO3-x با نسبت مولی - 1:10 - را تهیه کردیم. بدین منظور با توجه به جرم مولیبدن آزاد شده در الکترولیت میزان حجم مورد نیاز از محلول پالادیم کلراید را برای رسیدن به نسبت مولی Pd/Mo= - 1:10 - به دست آوردیم.
ساختار بلوری نمونهها توسط دستگاه پراش پرتو ایکس با طول موج 1/5469 c از چشمه CuK مدل - XPERT - مشخصهیابی شد. همچنین مورفولوژی نانوذرات توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری مدل Philips CM120 و میکروسکوپ الکترونی روبشی - FE-SEM - مدل HITACHI S-4160 بررسی شد. ویژگیهای اپتیکی نمونهها با استفاده از دستگاه طیف سنج اپتیکی UV-Vis مدل Perkinelmer lambda25 مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. همچنین ترکیب شیمیایی سطح نمونهها توسط آنالیز XPS در سیستم ESCA/AES - CHA, model EA10 plus - مطالعه شد.
نتایج و بحث
به منظور مطالعه تاثیر محلول پالادیم کلراید بر ساختار کریستالی طیف های XRD نمونه قبل و بعد از افزودن محلول PdCl2 در شکل 1 با هم مقایسه شدند. در اینجا به دلیل ساختار آمورف نمونهها، در الگوی پراش پرتو ایکس پیک مشخصی نشان داده نشد. بنابراین برای مشاهده قله های پراش قوی، نمونه ها را در هر دو مورد در دمای 500 œC با نرخ دمایی 2 C/min به مدت سه ساعت پخت کردیم. ساختار کریستالی هر دو نمونه مطابق با کارت استاندارد - - 00-005-0508 در فاز اورتورومبیک است.
همان طور که مشاهده میشود شدت نسبی قله ها در دو نمونه نشان میدهد که جهت های رشد ترجیحی در نمونه حاوی پالادیم کلراید به طور واضحی متفاوت است. شدت نسبی قلههای - 020 - ، - 040 - و - 060 - بعد از افزودن پالادیم - و البته پس از پخت - به طور قابل ملاحظهای رشد کرده است. گزارشات مختلف نشان داده است که شدت نسبی قله های با اندیس - 0k0 - به طور قابل ملاحظهای منجر به تغییر شکل نانوذرات از حالت نانورقه به حالت نانونوار میشود .[9 ,8]
تصاویر TEM نمونه اولیه و نمونه Pd-MoO3-x در شکل 2 نشان داده شده است. واضح است نانوذرات از حیث شکل و اندازه تفاوت چشمگیری داشتهاند. میانگین اندازه ذرات در نمونه اولیه و نمونه Pd-MoO3-x به ترتیب از روی نمودار توزیع اندازه 24و 56 nm تخمین زده شده است. بنابراین اندازه نانوذرات با افزودن پالادیم کلراید به محلول کلوییدی اولیه افزایش مییابند. همچنین نانوذرات از لحاظ شکل هندسی عمدتا اشکال پنج گوشه و شش گوشه منظمتری به خود گرفتهاند. بنابراین افزودن محلول PdCl2 تاثیر قابل توجهی بر اندازه نانوذرات داشته است.
