توصيفگر ها :
كوئين آكريدون , كمپلكس نيكل (II) , روي (II) اكسيد , فوتوكاتاليست , الكتروكاتاليست , واكنش تخريب رنگ , واكنش آزادسازي هيدروژن , شيمي محاسباتي
چكيده فارسي :
چكيده
در بخش اول اين رساله، كمپلكس جديدي از نيكل (II) با ليگاند نيمه رساناي كوئين آكريدون (QA) با فرمول شيميايي [Ni(DMSO)2(QA)2](NO3)2 سنتز شد. اين كمپلكس با روش¬هاي FT-IR، ICP، تجزيه عنصري CHNS،XRD، XPS، TEM، FE-SEM، BET، UV-Vis-DRS و TGA شناسايي شد. تصويربرداري‌هاي ميكروسكوپ الكتروني عبوري و روبشي گسيل ميداني، مورفولوژي اين كمپلكس را به شكل نانوذره‌هاي مستطيلي شكل با اندازه 107-100 نانومتر نشان دادند. سپس به منظور تعيين آرايش نيكل (II) در كمپلكس، دو هندسه مسطح مربعي و چهاروجهي به كمك نظريه تابعي چگالي (DFT) و نرم افزار گوسين 09 از لحاظ انرژي و ساختار بررسي شدند و هندسه مسطح مربعي براي كمپلكس تعيين شد. سپس فعاليت كاتاليستي آن به عنوان فوتوكاتاليست در تخريب رنگ آكريدين اورنج (AO) مورد ارزيابي قرار گرفت. در اين راستا فرآيند تخريب رنگ AO با كمپلكس [Ni(DMSO)2(QA)2](NO3)2 و QA در دماي محيط و تحت تابش نور مرئي در pHهاي مختلف بررسي شد. بيش از 95% رنگ AO در زمان 180 دقيقه در حضوركمپلكس به عنوان كاتاليست تخريب شد. همچنين فعاليت كمپلكس به عنوان الكتروكاتاليست در فرآيند آزادسازي هيدروژن در محيط اسيدي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج الكتروشيميايي كمپلكس سنتز شده، براي واكنش آزادسازي هيدروژن، پتانسيل مازاد در چگالي جريان mA/ cm2 10 برابر با mV 229 و شيب تافلي برابر با mV dec-1 76 را نشان دادند.
در بخش دوم اين رساله، ليگاند QA با 1، 6- دي برموهگزان N-آلكيل¬دار شد و مشتق QA-DBH با فرمول شيميايي C32H34Br2N2O2 سنتز و با1H-NMR شناسايي شد. سپس بستر روي (II) اكسيد با روش رسوبي سنتز شد. تصويربرداري‌هاي ميكروسكوپ الكتروني عبوري و روبشي گسيل ميداني، مورفولوژي بستر روي (II) اكسيد را به صورت ذره‌هايي به شكل شش ضلعي شامل چندين نانو لايه نشان دادند. سپس مشتق QA-DBH بر روي بستر روي اكسيد تثبيت شد و نانوكامپوزيت QA-DBH/ZnO با درصد جرمي‌هاي متفاوت (10، 30 و 50%) سنتز شد. اين نانوكامپوزيت با روش‌هاي FT-IR، XRD، BET، FE-SEM و TEM مورد شناسايي قرار گرفت. سپس فعاليت الكتروكاتاليتيكي آن در واكنش آزادسازي هيدروژن در محيط اسيدي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج الكتروشيميايي براي واكنش آزادسازي هيدروژن براي نانوكامپوزيت، پتانسيل مازاد در چگالي جريان mA/ cm2 10 برابر با mV 112 و شيب تافلي برابر با mV dec-1 67 را نشان دادند.
چكيده انگليسي :
In the first part of this thesis, a square planar Ni (II) complex, [Ni(DMSO)2(QA)2](NO3)2, where QA is quinacridone, was synthesized and characterized. The DFT method was used to determine the frontier orbitals, dipole moment, and geometry of the Ni(II) complex. Afterward, the complex was exploited as an electrocatalyst for hydrogen evolution reaction (HER) in acidic media. Linear sweep voltammetry (LSV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were applied to investigate the electrocatalytic properties of the complex toward the HER process. The overpotential and Tafel slope of the complex are 229 mV at 10 mA cm-2 and 92 mV dec-1, respectively. The complex is favored for its fast HER kinetics, proper durability, and low price. Based on the computational calculations and diffuse reflectance spectroscopy (DRS), the band gap of Ni (II) complex was determined as 1.94 eV, which has decreased compared to the free QA ligand. The complex also possesses a more suitable absorption cross-section in the visible region rather than the free QA. Therefore, the Ni(II) complex was used as a photocatalyst in the photodegradation reaction of acridine orange (AO) under visible light at different pH values in H2O so that more than 96% of AO dye was degraded under the optimized conditions at 180 min. The photocatalytic reaction progress was monitored by UV-Vis spectroscopy. Compared to the free QA ligand, the complex exhibited high efficiency in the photocatalytic reactions. Easy separation, adequate recyclability, and simple route synthesis make the prepared Ni(II) complex an eco-friendly and helpful photocatalyst for photocatalytic reactions under visible light irradiation.
In the second part, a new nanocomposite, QA-DBH/ZnO, where QA-DBH is 5,12-bis-(6-bromo-hexyl)-5,12-dihydro-quino[2,3-b]acridine-7,14-dione, was synthesized and characterized by FT-IR, field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Brunaur-Emmett-Teller (BET) surface area measurement, X-ray diffraction analysis (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). Afterward, the nanocomposite was employed as a heterojunction catalyst for electrochemical hydrogen evolution reaction (HER) in acidic media. Heterojunction catalysts often show a better activity of HER than single-component catalysts. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and Linear sweep voltammetry (LSV) were applied to study the electrocatalytic properties of the nanocomposite toward the HER, and Tafel plots were used to calculate the kinetics parameters and to identify the possible mechanism involved in the HER process. The Tafel slope and overpotential of the QA-DBH/ZnO (30%) nanocomposite are found to be 67 mV dec-1 and 112 mV at 10 mA cm-2, respectively. The electrocatalyst exhibits efficient HER activity owing to the cooperative effect between QA-DBH and ZnO. Good durability, fast kinetics, easy preparation, and low price makes this nanocomposite favorable for HER.
استاد داور :
فاطمه داور , غلامحسين محمدنژاد شيرازي , اسماعيل حيدري , مجيد مقدم
