مطالعه و بررسی روش های تصحیح نانوذرات دی اکسید تیتانیوم به منظور بهبود عملکرد فتوکاتالیستی آن تحت تابش نور مرئی

دی‎اکسید تیتانیوم (تیتانیا)، یکی از مهم ترین موادی است که به علّت داشتن خواص نوری فتوکاتالیستی و فتوولتایی، طی سال های اخیر کاربردهای فراوانی یافته است. ساخت سلول های خورشیدی، تولید هیدروژن از آب، ساخت سطوح خودتمیز شونده و ضدّ مه، تصفیه آب و هوا و... از مهم ترین دست آوردهایی است که به کمک خواص نوری تیتانیا به دست آمده است. یکی از نقاط ضعف استفاده از این ماده ، فعالیت تحت تابش پرتو فرابنفش است که کاربرد آن در صنایع گوناگون را با محدودیت‎هایی روبرو می‎سازد. طی سال‎های گذشته، محققین دریافتند که به کمک روش‎هایی، می توان خواص نوری این ماده را بهبود بخشید و ناحیه جذب آن را به سمت نور مرئی انتقال داد. به این ترتیب، محدوده کاربرد تیتانیا بسیار گسترده می شود و بازدهی آن افزایش می‎یابد. در این پژوهش، ابتدا روش‎های بهبود خواص نوری تیتانیا مورد بررسی قرار گرفته است. سپس نتایج حاصل از تحقیقات محققین بر روی دوپ کردن تیتانیا با عناصر مختلف، طی یک دهه گذشته مورد بررسی قرار گرفته است و پس از آن، تعدادی نمونه تیتانیای دوپ شده با آهن و نیتروژن، به روش هیدروترمال سنتز شده است. برای تعیین مشخصات این نمونه‎های سنتزی از آزمون پراش پرتو ایکس (xrd)، طیف‎سنجی بازتابی پخشی (drs)، کشش سطحی و زاویه تماس و تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و اندازه‎گیری نرخ تجزیه متیل اورانژ تحت تابش پرتوهای فرابنفش و نور مرئی استفاده شده است. نتایج حاصل از xrd نشان داد که کلیه نمونه‎های سنتز شده دارای فاز کریستالی آناتاز بوده و متوسط اندازه کریستالی آن‎ها تقریباً با یکدیگر برابر است. تصاویر sem گرفته شده از نمونه‎ها نشان داد که ذرّات شکل کروی دارند. آزمون drs نشان داد که دوپ کردن با آهن به‎ خوبی لبه جذب تیتانیا را به سمت طول موج‎های مرئی منتقل کرده است و گپ انرژی تیتانیا را تا حدودی کاهش داده است؛ با این وجود محلول متیل اورانژ در حضور هیچ‎ یک از نمونه‎های سنتز شده تحت تابش نور مرئی، تجزیه نشد. اندازه‎گیری نرخ رنگ‎بری از محلول متیل اورانژ در حضور فتوکاتالیست‎های سنتز شده تحت تابش پرتو فرابنفش، نشان داد که نمونه دوپ شده با 1/0% آهن دارای بیشترین فعالیت فتوکاتالیستی بود؛ در حالی‎که افزایش دوپانت آهن تا حدود 5%، فعالیت فتوکاتالیستی تیتانیا را به میزان قابل توجهی کاهش داده است. آزمون زاویه تماس آب روی نمونه‎های سنتز شده نیز نشان داد که کلیه نمونه‎ها آب‎دوست بوده و با تابش پرتو فرابنفش بر آن‎ها، خاصیّت آب‎دوستی این نمونه‎ها افزایش یافت. به ‎همین علّت این ترکیبات در کاربردهای خود تمیز شوندگی و هم‎چنین ساخت شیشه و آئینه ضد مه می‎تواند کاربرد داشته باشد.