بررسی فعالیت فتوکاتالیستی پوششهای TiO2-V2O5 ایجادشده به روش PEO و هیدروترمال روی تیتانیوم خالص تجاری - دانشکده فنی و مهندسی
بررسی فعالیت فتوکاتالیستی پوششهای TiO2-V2O5 ایجادشده به روش PEO و هیدروترمال روی تیتانیوم خالص تجاری
نوع: Type: رساله
مقطع: Segment: دکتری
عنوان: Title: بررسی فعالیت فتوکاتالیستی پوششهای TiO2-V2O5 ایجادشده به روش PEO و هیدروترمال روی تیتانیوم خالص تجاری
ارائه دهنده: Provider: شیوا ظاهری شجاع - مهندسی مواد
اساتید راهنما: Supervisors: دکتر ارش فتاح الحسینی
اساتید مشاور: Advisory Professors: دکتر مینو کرباسی
اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر سعید عزیزیان- دکتر بهروز موحدی- دکتر مزدک ایزدی
زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 10 - 1405/4/30
مکان ارائه: Place of presentation:
چکیده: Abstract: با توجه به مشکلات محیط¬زیستی، فرایند فتوکاتالیستی بهعنوان یک راهحل مناسب برای حذف آلایندهها بکار گرفته شده است. فتوکاتالیست¬ها پودری مشکلاتی از قبیل بازیابی، استفاده مجدد و آگلومره شدن را دارند که برای برطرف کردن این مشکلات، پوششهای فتوکاتالیستی راهحل مناسبی هستند. هدف از این پژوهش ارزیابی فعالیت فتوکاتالیستی پوشش¬های¬ دی¬اکسید تیتانیم (TiO2) و اتصال غیرهمگن TiO2 و وانادیوم اکساید (V2O5) است. در همین راستا، پوششهای TiO2 از طریق اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی (PEO) برای استفاده از آن بهعنوان یک سطح فتوکاتالیست متخلخل در تخریب متیلن آبی استفاده شده است، علت انتخاب روش هیدروترمال، امکان سنتز کنترلشده و یکنواخت ذرات و ماده وانادیوم اکساید، شکاف انرژی باریک، و مقرونبهصرفه بودن آن، بود. این رویکرد ترکیبی در نهایت منجر به تولید پوششی پایدار و کاربردی شد که با جلوگیری از بازترکیب سریع حاملان بار و رفع محدودیت جذب در ناحیه فرابنفش در فتوکاتالیست تیتانیا، عملکرد فتوکاتالیستی بسیار بهتری را تحت نور مرئی ارائه دهد. اثر زمان فرایند هیدروترمال (۱۲ ,24,۴۸ ساعت) و غلظت پیشماده وانادیوم (۱٫۵ , 3۶ میلیمولار) بر خواص ساختاری، نوری و فتوکاتالیستی بهصورت سیستماتیک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمونهای مشخصهیابی شامل میکروسکوپ الکترونی نوری، پراش پرتو ایکس ، رامان، طیفسنجی بازتاب نفوذی، طیف¬سنجی نوری لومینسانس و طیف-سنجی فتوالکترونی پرتو ایکس نشان داد که شرایط هیدروترمال متوسط (۲۴ ساعت و غلظت ۳ میلیمولار) منجر به بارگذاری بهینه VOₓ، توزیع یکنواخت نانوساختارها و تشکیل مؤثر ساختار ناهمگن با TiO₂ میشود. آنالیز طیفسنجی بازتاب نفوذی کاهش قابلتوجهی در شکاف انرژی از ۳٫۱۲ الکترونولت برای TiO₂ خالص تا حدود ۱٫۷۵ الکترونولت در نمونههای اصلاحشده را نشان داد. همچنین، نتایج طیف¬سنجی نوری لومینسانس بیانگر کاهش نرخ بازترکیب جفتهای الکترون–حفره در نمونههای بهینه بود.نمونه تهیهشده در شرایط ۲۴ ساعت و غلظت ۳ میلیمولار (TV-24h-3m) بالاترین عملکرد فتوکاتالیستی را از خود نشان داد، بهطوریکه حدود ۹۳٪ از متیلن آبی تحت تابش نور مرئی تخریب شد و ثابت سرعت در نانوکامپوزیت سنتز شده به روش هیدروترمال، 77/3 برابر بیشتر از پوشش خالص TiO₂ است. نتایج آزمونهای بهدامانداز گونههای فعال نشان داد که فرآیند تخریب عمدتاً از طریق گونههای فعال اکسیژن (ROS) شامل رادیکالهای هیدروکسیل (OH•)، رادیکالهای سوپراکسید (O₂•⁻) و حفرههای نوری (h⁺) کنترل میشود. بر اساس نتایج طیف¬سنجی نوری لومینسانس و طیف¬سنجی فتوالکترونی پرتو ایکس ،بهدامانداز و موت–شاتکی، مکانیزم انتقال بار در ساختار TiO₂/TiVO₄/V₂O₅ بیشتر با یک مسیر انتقال بار پلکانی سازگار است تا ساختار ناهمگن نوع II کلاسیک. در مجموع، نتایج این پژوهش نشان داد که کنترل دقیق پارامترهای هیدروترمال نقش تعیینکنندهای در تنظیم ساختار فازی، خواص اپتوالکترونیکی و عملکرد فوتوکاتالیستی پوششهای VOₓ/TiO₂ دارد و ترکیب روش PEO–هیدروترمال میتواند مسیر مؤثری برای طراحی فوتوکاتالیستهای پایدار و فعال تحت نور مرئی فراهم سازد.