بخشی از مقاله
مقدمه
نانو بلورهای دی اکسید تیتانیم به شکلهای پودر، فیلم وتوده خصوصیات متفاوت وجالبی دارند که منجر به کاربردهای متنوع میشود.[1] دی اکسید تیتانیوم دارای چهار فاز بلوری: آناتاز، روتیل، بروکیت وتیتانیای سیاه (که جدیدا به خانواده تیتانیا اضافه شده است) میباشد. آناتاز و روتیل هر دو از نظر ساختاری تتراگونال هستند درحالیکه بروکیت ارتورومبیک و تیتانیای سیاه مونوکلینیک است.[2] مطالعات نشان دادهاند که آناتاز خصوصیت فوتوکاتالیستی بیشتری نسبت به روتیل به دلیل تعداد بیشتر گروههای هیدروکسیلات (که در واکنشهای فوتوکاتالیستی نقش کلیدی دارد) دارد، چون هیدوکسیلات در ساختار آناتاز به راحتی تشکیل میشود.[3] بهعلاوه استفاده وسیع از آن به عنوان پیگمنت سفید، امیدهای زیادی را در عرصههای فوتوکاتالیستی، سلولهای خورشیدی ، کابردهای الکتروشیمیایی، خالصسازی روغن و هوا، تثبیت نیتروژن، تجزیه آب برای تولید گاز هیدروژن، سمزدایی و استحاله ترکیبات آلی مضر در محیطهای آبی وگازی، حذف آلایندهها در آب، کشتن ویروسها، سلولهای سرطانی، باکتریها و میکروارگانیسمها و کاربردهای مهم دیگری در صنایع مختلف از قبیل: فیلمهای ضد انعکاسی، سلولهای خورشیدی رنگی، سنسورهای گازی، ویژگیها
1025
Zr (acac) 4
و مواد نوری که مربوط به وضوح بالا و ضریب شکست بالای درونی میشود5]،4،.[1 این پتانسیل بالای کاربردها تا حد زیادی به دلیل سد نوار پهن آناتاز((3,2ev محدود میشود. زیرا فقط برای نورهای زیر387 نانومتر قابل کاربرد است. به هر حال مانع اصلی بر سر راه گستردگی کاربردهای آناتاز به خصوص در زمینه فعالیت نوری همین پهنای سد نوار است که در حقیقت منجر به جذب نور ماورای بنفش میشود و با جذب نور خورشید سازگار نیست. برای افزایش قابلیت جذب نور مرئی تیتانیا چندین راه حل پیشنهاد شدهاست که شامل ناخالص کردن آن با فلزات واسطه و حساسیت رنگی است.[5] این مطالعات نشان میدهد که یونهای فلزات واسطه در تیتانیا باعث گسترده شدن جذب نور از ماورای بنفش تا مرئی میشوند که این امر به دلیل زیاد شدن سطوح انرژی اضافی در سد نوار تیتانیا است که منجر به بهبود پاسخ نوری تیتانیا میشود. به علاوه اصلاح شیمیایی تیتانیا نیز باعث جذب نورمرئی میشود. افزایش قابل ملاحظهای در جذب در نانو بلورهای ریز میتواند بدست آید زیرا نسبت سطح به حجم زیاد میشود و کسر اتمهای روی سطح به حد کافی بزرگ میگردد. چالش بر سر توسعه روشی است که نانوذراتی با اندازه دلخواه وتوزیع اندازه نسبتا باریک ایجاد کند.[4]
سنتز شیمیایی بخار در فشار اتمسفر فرآیندی است که در آن نانوذرات در فاز گازی و در فشار اتمسفر تولید میشوند و بنابراین به تجهیزات گران قیمت خلا نیازی نیست. این روش یک مسیر جدید، اقتصادی و ارزان قیمت برای سنتز نانو ذراتی با خلوص بالا و یکدست با ساختارخوب میباشد.[2] در سال 2004، وانگ موفق شد تیتانیای ناخالص شده توسط زیرکونیم را به روش سل- ژل تهیه کند نانو بلورهای تولید شده اندازه ریزتر، مساحت ویژه بالاتر و فعالیت بیشتری در ناحیه نور مرئی نسبت به تیتانیای خالص و Degussa P25 داشتند.[6] هم چنین چاوهری در سال 2008،PbZrxTi1−xO3 را به روش سل- ژل سنتز کرد.[7] در این پژوهش نانو ذرات
تیتانیم ناخالص شده با زیرکونیم به روشAPCVS سنتز میشود از نمک به عنوان پیشماده برای
تولید یونZr4+ استفاده میشود. نظر به نقش مهم دما در این فرآیند، تاثیر تغییر دما بر بلورینگی، اندازه و فاز نانوذرات حاصل که به نوبه خود بر میزان فعالیت فوتوکاتالیستی تاثیر گذار میباشد، نیز بررسی میشود.
روش کار
شمای دستگاه مورد استفاده در این تحقیق در شکل1 نشان داده شدهاست.
1026
نتایج
جدول 1 و شکل 2 به ترتیب اندازه ذرات تخمین زده شده با آنالیز پراش پرتو ایکس و الگوهای پراش پرتو ایکس در دماهای مختلف را نشان میدهند. شکل 3 جذب نور توسط نانوتیتانیای خالص را با نانوتیتانیای سنتز شده در این کار تحقیقاتی در دو دمای 550 و 650 درجه سانتیگراد نشان میدهد.
1-Standard cubic centimeter per minute
1027
Vis DRS
×شکل-1 شمای دستگاه استفاده شده در کار حاضر
مواد لازم: گاز اکسیژن خالص (%99/999) به عنوان گاز اکسیدکننده ، تتراکلریدتیتانیم با چگالی 1/726kg/m3 محصول شرکت (%99/99) Merck، استیل استونات زیرکونیم وآب مقطر به عنوان مواد واکنشگر و گاز آرگون خالص (%99/999) به عنوان گاز حامل و تنظیم کننده شار کل استفاده میشوند. جزییات روش کار در مرجع شماره 2 ذکر شدهاست.
برای تهیه نانوذرات تیتانیای آلاییده، مقادیر مختلف اکسیژن، تتراکلریدتیتانیم، گاز آرگون و آب به ترتیب به مقدار 300،500،500 و900 برحسب sccm1 وارد راکتور شدند. استیل استونات زیرکونیم حل شده در اتانول خالص به مقدار 5 درصد وزنی با شار 200 sccm وارد راکتور شد. برای بررسی اثر دما، دمای کوره از 390 °C تا 650°C تغییر داده شد. فاز بلوری و میانگین اندازه ذرات با استفاده از دستگاه پراش پرتو ایکس (XRD) مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تعیین میزان جذب پرتو فرابنفش توسط نمونههای سنتز شده، توسط دستگاه UV-
انجام شد.
شکل-2 نمودار XRD برای دیاکسید تیتانیم آلاییده با زیرکونیم در
دمای: 650 °C(D) 600 °C (C) 550 °C (B)430 œC (A)
