توصيفگر ها :
هيدروليز , آلكوكسيد , تيتانيوم دي¬اكسيد , مگنتيت , ليگاند پينسر , كاتاليست , ضدباكتريايي , حسگر , گلوكز , الكتروكاتاليست
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، نانوساختارهاي بي¬شكل، بلوري و سه فازي تيتانيوم دي¬اكسيد با مساحت سطح بالا و حفره¬هاي بزرگ با استفاده از پيش¬ماده تيتانيوم تترااتوكسيد و روش آسان و مقرون به¬صرفه¬ي سل-ژل تهيه شدند. شرايط بهينه جهت تهيه اين نانوساختارها با تغيير نسبت مولي بين پيش¬ماده، حلال، آب و استيك اسيد به¬عنوان كاتاليست بررسي شد. نانوساختارهاي تهيه شده با استفاده از روش¬هاي FT-IR، XRD، TGA، DTA، CHN، SEM، TEM، UV-Vis DRS و جذب و واجذب آرگون مورد بررسي قرار گرفتند. تجزيه و تحليل الگوي پراش پرتو ايكس و جذب-واجذب آرگون نشان مي¬دهد كه استفاده از اتانول اضافي منجر به تشكيل TiO2 بي¬شكل با مساحت سطح بالا مي¬شود. همچنين، فاز بلوري آناتاز با افزايش مقدار آب و كاهش اسيد به مقدار ناچيز در حضور مقدار اضافي اتانول تشكيل شد، در حالي¬كه واكنش در عدم حضور حلال اتانول منجر به تشكيل ماده سه فازي حاوي آناتاز (5/40%)، روتيل (5/25%) و بروكيت (34%) شد. تحت شرايط بهينه، امكان تهيه¬ي تيتانيوم دي¬اكسيد متخلخل بي¬شكل و بلوري با مساحت سطح بالا به¬ترتيب 350 و m2/g 310 در دماي پايين بدون عمليات گرمايي بعدي وجود داشت. از نانوساختارهاي تهيه شده به¬عنوان كاتاليست و فوتوكاتاليست در كاهش نيتروآروماتيك¬ها، متيلن¬بلو و تخريب متيلن¬بلو استفاده شد. نتايج كاتاليتيكي و فوتوكاتاليتيكي نشان دادند كه، مواد بي¬شكل بهترين عملكرد را با تخريب %99-94 متيلن¬بلو در مدت زمان 10 دقيقه تابش نور مرئي دارند. همچنين، داده¬هاي سينتيكي نشان دادند كه نانوساختارها كاهش كاتاليتيكي متيلن¬بلو را در مدت زمان كوتاه (3 تا 4 دقيقه) انجام دادند و تطابق مناسبي با مدل سينتيكي شبه مرتبه اول دارند. ثابت¬هاي سرعت كاهش كاتاليتيكي 2-NA, 4-NP, 3-NP, 2-NP و 3-NA (NP= نيتروفنول و NA= نيتروآنيلين) در حضور بهترين كاتاليست با بالاترين مساحت سطح و مورفولوژي بي¬شكل تهيه شده با نسبت بهينه آلكوكسيد:اتانول:اسيد:آب (1:25:1/0: 4) (Ti-9) به¬ترتيب 67/0، 24/0، 46/1، 56/0 وmin-1 21/0 هستند. از داده¬ها، مي¬توان استنباط كرد كه مساحت سطح بالا، حضور نقص¬ها و بلورينگي مواد نقش اساسي در عملكرد فوتوكاتاليتيكي و كاتاليتيكي دارند. سپس، از مقدارهاي بهينه آب و استيك اسيد جهت تهيه¬ي تركيب هسته-پوسته Fe3O4@TiO2 به¬وسيله روش رشد درجا و هيدروليز تيتانيوم تترااتوكسيد بر روي نانوذره مغناطيسي مگنتيت استفاده شد. در ادامه، از هسته-پوسته مغناطيسي تهيه شده پس از عامل¬داركردن به¬عنوان بستر جهت تثبيت كمپلكس هاي پينسر آليفاتيك [NiCl(PNPa)]Cl و [NiCl(CNC-Mea)] Cl استفاده شد. نانوساختارها و هيبريد تهيه شده با استفاده از روش¬هاي FT-IR، XRD، TG، DTA، CHN، FE-SEM، TEM، UV-Vis DRS، VSM، XPS و BET مورد بررسي قرار گرفتند. همچنين، با استفاده از تجزيه اسپكترومتري نشري پلاسماي جفت شده القايي (ICP-OES) مقدار نيكل روي سطح موجود مورد بررسي قرار گرفت. سپس، فعاليت ضدباكتريايي نانوساختارهاي Fe3O4، TiO2 بي¬شكل، Fe3O4@TiO2 و Fe3O4@TiO2-PTES@NiPNP در برابر باكتري¬هاي استافيلوكوكوس اورئوس و اشريشيا كلي مورد بررسي قرار گرفت. بيشترين اثر بازدارندگي در برابر استافيلوكوكوس اورئوس (19 ميليمتر) به¬وسيله¬ي كمپلكس پينسر نيكلPNP تثبيت شده بر روي بستر مشاهده شد كه نشاندهندهي توانايي بالاي اين هيبريد براي استفاده بهعنوان يك عامل ضدباكتريايي عليه سويههاي بيماريزا است. همچنين، هيبريد Fe3O4@TiO2-PTES@NiPNP/GCE به¬عنوان يك الكترود اصلاحشده براي سنجش غيرآنزيمي گلوكز با روشهاي ولتامتري چرخهاي (CV) و ولتامتري پالس تفاضلي (DPV) مورد استفاده قرار گرفت. الكترود اصلاحشده با نفيون، محدوده¬هاي خطي µM 5 تا mM 1/0 و mM 1/0 تا mM 7 حساسيت¬هاي بالاي 276 و µA mM −1 cm−2 3692 با حد تشخيص پايين µM 894/0 (3S/N = ) را در محيط بازي براي تشخيص گلوكز نشان داد.
چكيده انگليسي :
This thesis reports the sol–gel synthesis of amorphous, crystalline (anatase), and triphasic TiO₂ nanostructures using titanium tetraethoxide. Phase control was achieved by adjusting precursor:ethanol:acid:water ratios. Excess ethanol produced amorphous TiO₂, increased water with reduced acid yielded crystalline anatase, and ethanol-free conditions formed a triphasic TiO₂ composed of anatase (40.5%), rutile (25.5%), and brookite (34%). Under optimized conditions, high-surface-area amorphous and crystalline TiO₂ with surface areas of 350 and 310 m² g⁻¹, respectively, were obtained without heat treatment.
The amorphous TiO₂ showed the best photocatalytic performance, degrading 94–99% of methylene blue (MB) within 10 min under visible light. All samples followed pseudo-first-order kinetics and reduced MB within 3–4 min. For amorphous TiO₂ (Ti-9, ratio 1:25:0.1:4), rate constants for the reduction of 2-NP, 3-NP, 4-NP, 2-NA, and 3-NA were 0.67, 0.24, 1.46, 0.56, and 0.21 min⁻¹, respectively, highlighting the importance of surface area, defects, and crystallinity.
Optimized conditions were further applied to synthesize Fe₃O₄@TiO₂ core–shell nanostructures, which were functionalized and used to immobilize nickel pincer complexes. The immobilized Ni-PNP complex showed strong antibacterial activity against Staphylococcus aureus (19 mm inhibition zone). Additionally, the modified electrode enabled non-enzymatic glucose sensing with linear ranges of 5 µM–0.1 mM and 0.1–7 mM, sensitivities of 276 µA µM⁻¹ cm⁻² and 3692 µA mM⁻¹ cm⁻², and a detection limit of 0.894 µM (S/N = 3).
