مطالعه ای بر فعالیت کاتالیزور نوری نیمه رساناهای نانوساختار بر پایه tio2 در برخی تبدیلات اکسایشی شیمیایی

هدف اصلی این رساله طراحی، ساخت، و شناسایی کاتالیزورهای نوری نانوساختار بر پایه tio2 با استفاده از سیلیکای منظم مزوحفره و بررسی برخی از کاربردهای مهم این دسته از مواد در انجام تبدیلات اکسایشی تحت تابش نور مرئی و بویژه نور خورشید می باشد. مطالعات انجام شده در این رساله در سه فصل تقسیم بندی شده است. در فصل اول، ضمن معرفی کلی نیمه رسانا, کاتالیزور و کاتالیزور نوری به بیان اهمیت واکنش های کاتالیز شده نوری از نظر مسأله مهم انرژی و شیمی سبز پرداخته شده است. همچنین روش های معمول تهیه tio2 و اصلاح سطح آن به منظور افزایش قابلیت در سیستم های کاتالیزور نوری مرور شده است. در انتها, مقدمه ای درباره خصوصیات و ویژگی های مواد مزوحفره بویژه سیلیکا و اورگانوسیلیکاهای مزوحفره منظم(pmo) آورده شده است. در فصل دوم رساله در ابتدا مقدمه ای در مورد تخریب اکسایشی آلاینده ها در سیستم های کاتالیزوری نوری و جنبه مکانیزمی این گونه سیستم ها بویژه با استفاده از tio2 مورد بحث قرار گرفته است. در ادامه کاتالیزورهای نوری تهیه شده بر پایه ترکیب تیتانیا با سیلیکا و بویژه سیلیکای منظم مزوحفره ی sba-15 مرور شده است. در بخش پایانی فصل دوم، ذرات تیتانیا بر روی سیلیکای منظم مزوحفره ی sba-15 در مقادیر متفاوت بارگیری شد و فعالیت کاتالیزور نوری ترکیبات sba-15@ti حاوی تیتانیای بلوری شده در فاز آناتاز در واکنش های تخریب اکسایشی رنگ مقاوم متیلن بلو در آب تحت تابش نور ماوراءبنفش و همچنین نور خورشید مورد بررسی و با فعال ترین tio2 تجاری, p25, مورد مقایسه قرار گرفت. برای اولین بار مواد مزوحفره ی آلی- معدنی یا همان pmo ها به عنوان بستر تثبیت کننده تیتانیا استفاده شده است که به عنوان نوع جدیدی از تثبیت tio2 معرفی می گردد. pmoهای حاوی مشتقی از سیانوریک اسید و فنیل به روشی ساده تهیه شده و با مقادیر متفاوت تیتانیا بارگیری شده و به ترتیب با نام های pmo-ics@tio2, pmo-ph-si@tio2 و pmo-ph@tio2 معرفی شده اند. در این فصل شناسایی این کاتالیزورهای نوری با استفاده از روش های متعددی مانند آنالیز تخلخل سنجی, طیف سنجی مادون قرمز (ir) ، عکس میکروسکوپ الکترونی (tem), آنالیز وزن-سنجی حرارتی (tga) و طیف سنجی انعکاسی-نفوذی (drs) مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل سوم این رساله، کاربرد کاتالیزوری نانوساختارهای تهیه شده در واکنش های شیمی آلی مورد بررسی قرار گرفته است. کاتالیزورهای نوری sba15@ti حاوی 30% تیتانیا در اکسایش انتخابی الکل ها تحت اتمسفر اکسیژن ملکولی و در تابش نور خورشید با انتخابگری بالاتر از 95% در حلال استونیتریل خشک و در دمای محیط اکسایش انواع الکل ها را با موفقیت انجام داد. از آنجا که این ساختار حاوی لایه ای از tio2 بی شکل بر سطح حفرات sba-15 است, قابلیت مشاهده شده انگیزه انجام واکنش های دیگر شد و در ادامه فعالیت کاتالیزوری تمام کاتالیزورها نوری تهیه شده که حاوی tio2 بلوری نشده هستند در تهیه ی مستقیم ترکیبات کربونیل دار از اکسیم ها و محافظت زدایی و محافظت زدایی اکسایشی از سایلیل اترها در تابش نور خورشید مورد بررسی قرار گرفته است. نانوساختار pmo-ics/ti حاوی 45% tio2 بلوری نشده بیشترین فعالیت را در تهیه مستقیم ترکیبات کربونیل دار از اکسیم ها در دمای محیط و حلال استونیتریل نشان داد, درحالیکه محافظت زدایی و محافظت زدایی اکسایشی از سایلیل اترها بوسیله به ترتیب 30 و 20% تیتانیای بی-شکل بارگیری شده بر سطح sba-15 که به روش های متفاوت تهیه شده اند, با انتخابگری و کارایی بالا صورت گرفت. کاتالیزورهای نوری موفق تر بر پایه sba-15 و pmo-ics علاوه بر آنالیزهای تخلخل سنجی، تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem)، توسط توموگراف الکترونی و تصاویر بازسازی شده سه بعدی، مورد بحث قرار گرفته است.