عنوان :
سنتز و مشخصه‌‌يابي نانوكامپوزيت‌‌هاي TiO2/CuO/MXOY (M:Co, Ni, V) جهت تخريب فوتوكاتاليتيكي و كاتاليتيكي رنگ‌‌هاي آلي تحت نور مريي و كاهش پارا- نيتروفنول
توصيفگر ها :
آب گرمايي , نانوكامپوزيت , نانولوله , نانوصفحه , فوتوكاتاليست , نور مريي
چكيده فارسي :
چكيده
در اين پژوهش، با استفاده از نانوذره‌‌هاي تيتانيوم‌‌دي‌‌اكسيد و كمپلكس‌‌هاي فلزي استيل استونات و نيترات چهار نانوكامپوزيت نوين با فرمول كلي TiO2/CuO/MXOY(M= Co Ni, V)و نانوميله‌‌هاي تيتانيوم‌‌دي‌‌اكسيد بدون حضور اكسيد فلزي به روش آب‌‌گرمايي سنتز شدند. نانوكامپوزيت‌‌هاي سنتز شده با استفاده از روش‌هاي XRD، XPS، FE- SEM، EDX، Mapping، TEM، HRTEM، DRS، CV و Mott Shottky شناسايي شدند. تاثير نوع نمك فلزي روي نانوكامپوزيت‌‌هاي سنتز شده با استفاده از روش آب‌‌گرمايي، ساختار تيتانيوم‌‌دي‌‌اكسيد، فعالت كاتاليتيكي و فوتوكاتاليتيكي مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتيجه‌‌هايHR-TEM ، TEM و FE-SEM درنانوكامپوزيت‌‌هاي سنتز شده با نمك‌‌هاي فلزي نيترات ساختار نانوذره، در نانوكامپوزيت‌‌هاي سنتز شده با كمپلكس‌‌هاي فلزي استيل استونات ريخت‌‌شناختي نانولوله/نانوصفحه و تيتانيوم‌‌دي‌‌اكسيد خالص به صورت نانوميله مشاهده شد. بر اساس نتايج آناليز XRDو رامان، براي نانولوله- نانوصفحههاي CuO-CoO/TiO2 (نانوكامپوزيت 1) و نانوذره‌‌هاي CuO-CoO/TiO2(نانوكامپوزيت 2) تيتانيومدي اكسيد با فاز آناتاز مشخص شد و براي نانو لوله- نانوصفحههاي CuO-VO2 /TiO2 (نانوكامپوزيت 3)، نانو لوله- نانوصفحههاي CuO-NiO/TiO2 (نانوكامپوزيت 4) و نانوميله‌‌هاي تيتانيومدي اكسيد فازهاي آناتاز و روتايل مشخص شد.آناليز BET وجود حفره در ساختارهاي سنتز شده را نشان داد و همچنين بر اساس اين آناليز مساحت سطح ويژه براي نانوكامپوزيت‌‌هاي سنتز شده در محدوده‌‌ي m2.g-1 67/211- 64/142 محاسبه شد. بر اساس نتيجه‌‌هاي حاصل از آناليزهاي DRS و CV در نانوكامپوزيت‌‌هاي سنتز شده كاهش گاف نوار و افزايش كارايي فوتوكاتاليتيكي در محدوده‌‌ي نور مريي مشاهده شد، و محدوده‌‌ي گاف نوار براي نانوكامپوزيت‌‌هاي سنتز شده در محدوده‌‌ي 50 /2 – 95/1 الكترون ولت تعيين شد. بر اساس نتيجه‌‌هاي حاصل از آناليز موت شاتكي براي نانوكامپوزيت‌‌هاي 3 و 4 اين نانوكامپوزيت‌‌ها نيمه‌‌رساناهايي از نوع p-n هستند، كه در آن‌‌ها تيتانيوم‌‌دي‌‌اكسيد نيمه‌‌رساناي از نوع n و اكسيدهاي فلزي نيمه‌‌رساناي از نوع p تعيين شدند. فعاليت فوتوكاتاليتيكيي نانوكامپوزيت‌‌هاي 1، 2 و نانوميله‌‌هاي تيتانيوم‌‌دي‌‌اكسيد با رنگ متيلن بلو (MB) و نانوكامپوزيت‌‌هاي 3و4 با رنگ‌‌هاي متيلن بلو (MB) متيل نارنجي (MO) و قرمز كنگو (CR) تحت تابش نور مرئي مورد مطالعه قرار گرفت كه زمان تخريب براي تجزيه هر سه رنگ به وسيله‌‌ي چهار نانوكامپوزت سنتز شده و نانوميله‌‌هاي تيتانيوم‌‌دي‌‌اكسيد در محدده‌‌ي 25-4 دقيقه بود و همگي از سينيتيك شبه مرتبه‌‌ي اول پيروي كردند. به منظور بررسي فعاليت كاتاليتيكي نانوكامپوزيت‌‌هاي 1 و 2 از واكنش كاهش پارا – نيتروفنول با غلظت 4-10 ×0/1 مولار در حضور سديم‌‌بورهيدريد با غلظت 2-10×0/1 مولار استفاده شد كه كاهش پارانيتروفنول با نانوكامپوزيت‌‌هاي 1 و2 به ترتيب درزمان‌‌هاي 300 و 180 ثانيه انجام شد. بر اساس نتيجه‌‌هاي حاصل از آناليز اكسيژن‌‌خواهي شيميايي نانوكامپوزيت‌‌هاي 3 و4 سنتز شده به مقدار قابل قبولي آلاينده‌‌هاي رنگي را از محيط واكنش حذف كردند. بر اساس نتيجه‌‌هاي حاصل از آناليز پتانسيل زتا براي نانوكامپوزيت‌‌هاي 3 و4 بار سطحي منفي مشاهده شد.
واژه‌‌هاي كليدي: آب گرمايي، نانوكامپوزيت، نانولوله، نانوصفحه، فوتوكاتاليست، نور مريي
چكيده انگليسي :
Abstract
In this research, Four new nanocomposites with the general formula of TiO2 / CuO / MXOY (M = Co Ni, V) and nanorods were synthesized by titanium dioxide nanoparticles, acetylacetonate complexes and nitrate metal salts through hydrothermal method. These nanocomposits were identified by various spectroscopic techniques including XRD, Raman, XPS, FE- SEM, EDX, Mapping, TEM, HRTEM, DRS, BET, CV and Mott Shottky. The effect of metal salts, on synthesized nanocomposite, TiO2 morphology, its catalytic and photocatalytic activities have been studied. According to FE-SEM, TEM and HR- TEM, nanocomposites which synthesized by acetylacetonate complexes were of nanotube and nanosheet morphology, nanocomposites which synthesized by nitrate metal salts had nanoparticle morphology and pure titanium dioxide was observed as nanorods. Based on the XRD and Raman results, for CuO-CoO/TiO2 nanotubes-nanosheets (nanocomposite 1) and CuO-CoO/TiO2 nanoparticles (nanocomposite 2), was identified anatase phase for titanium dioxide. The anatase and rutile crystalline forms of TiO2 were detected for
CuO-VO2 / TiO2 nanotubes-nanaosheets (nanocomposite 3), CuO-NiO/ TiO2 nanotubes-nanosheets (nanocomposite 4) and TiO2 nanorods. The surface area properties were investigated by BET analysis, which based on the results showed pore structure and hysteresis loops in all nanocomposites. The specific surface area for the synthesized nanocomposites were calculated in the range of
142. 64- 211.67 m2.g-1. Based on the results of DRS and CV analyzes, a decrease in the band gap energy and an increase in photocatalytic efficiency were observed in the range of visible light, which is the band gap range for the nanocomposites 1.5 - 2.5 eV were determined. The presence of a p-n junction between TiO2 (n-type) and metal oxides (p-type) was confirmed by Mott Schottky analysis in nanocomposites 3 and 4. The photocatalytic activity of the nanocomposite 1, 2 and nanorods methylene blue (MB), and nanocomposites 3 and 4 against methylene blue (MB), methyl orange (MO) and cango red (CR) were studied under visible light irradiation. The times of degradation for the decomposition of the dyes were 4- 25 min. The catalytic activity of the nanocomposite 1 and 2 were investigated using the reduction of p-nitrophenol with a concentration of 1.0 ×10 -4 M in presence NaBH4 with a concentration of 1.0 × 10-2 M, that reduction of p-nitrophenol was performed at 300 and 180 seconds for nanocomposites 1 and 2, respectively. In addition, the mineralization of the dyes was investigated by chemical oxygen demand (COD) for nanocomposite 3 and 4. According to zeta potential analysis, negative surface charges were observed for nanocomposites, 3 and 4.
Keywords: Hydrothermal, Nanocomposite, Nanotubes, Nanosheets, photocatalyst, visible light
