سنتز، شناسایی و بررسی فعالیت فتوکاتالیستی لایه نازک نانوساختار خود آرایه تیتانیا بر پایه آلومینا و آلومینوسیلیکات های متخلخل ساخت و شناسایی سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ با استفاده از نانوفیلم های تیتانیای متراکم/متخلخل بعنوان فتوآند و سیستم های ردوکس تبادل الکترونی سریع

در این تحقیق فیلم های نازک و لایه نازک تیتانیا (tio2) بر روی بسترهای مختلف از جمله شیشه، شیشه رسانای قلع اکسید آلاییده شده با فلوئور (fto)، آلومینا و کانی طبیعی پرلیت با روش سل-ژل تهیه شده اند. فیلم های فوق شفاف آلومینای آمورف و متخلخل به ضخامت تقریبی nm 100 با ساختارهای منظم نانومیله بر روی بسترهای شیشه و شیشه رسانای fto با استفاده از روش ترکیبی لایه نشانی غوطه وری و حمام یمیایی ساخته شده اند. فیلم های لایه نازک تیتانیا به صورت رشد بلوری خودسامان در جهت 101 بلوری آناتاز بر روی بستر فیلم نازک آلومینا به روش غوطه وری لایه نشانی شده اند که فاز آناتاز حاصل به شکل نانومیله هایی با ابعاد یکسان تشکیل شده است، همچنین فیلم های فوق نازک (ضخامت حدود nm 80) از ذرات متراکم و کروی آناتاز با ابعاد تقریبی nm 15 روی بسترهای شیشه و fto ساخته شده اند. فیلم های نازک تیتانیای متخلخل (ضخامت 4 میکرومتر) با استفاده از روش سل-ژل و عملیات لایه نشانی دکتر بلید و چاپ صفحه ای بر روی بسترهای شیشه، fto، آلومینا، تیتانیای متراکم و پرلیت تهیه شده اند. اندازه ذرات آناتاز در این نمونه ها nm 20 می باشد. خمیری شفاف و پایدار از کانی پرلیت تهیه شده و با استفاده از آن فیلم های نازک پرلیت بر روی سطوح شیشه و fto ساخته شده اند. برای مقایسه نتایج، نانوپودرهای تیتانیا و آلومینا نیز در دماهای پخت مختلف تهیه و شناسایی شده اند. عملیات تثبیت نانوذرات مختلف تیتانیا درون حفرات پرلیت انجام شده است که بهترین تثبیت از طریق تهیه قرص های پایدار پرلیت و لایه نشانی چرخشی سل تیتانیا درون حفرات انجام شده است. خصوصیات فازی و ساختاری نانوفیلم ها و نانوپودرها به روش های پراش پرتو ایکس، میکروسکپ الکترونی روبشی، پخش انرژی پرتو ایکس و اسپکتروسکپی جذب-بازتابش بررسی شده اند. خواص الکتروشیمیایی و فتوالکتروشیمیایی نانوفیلم ها نیز با استفاده از روش های ولتامتری چرخه ای، ولتامتری پیمایش خطی و ایمپدانس الکتروشیمیایی در شرایط تابش مختلف بررسی شده اند. فعالیت فتوکاتالیستی فیلم های نازک و لایه نازک تهیه شده از طریق اندازه گیری میزان و سرعت تخریب رنگ آزو m5b موجود در پساب های نساجی، در محیط آبی و ph خنثی بررسی شده است. نتایج مطالعات سینتیکی در این مورد سرعت های بسیار زیاد تخریب را برای فیلم های نازک تیتانیای متخلخل و فیلم لایه نازک تیتانیای خودسامان در جهت 101 آناتاز نشان داده اند. در بخش دیگری از پژوهش با استفاده از فیلم های لایه نازک متراکم تیتانیا و فیلم های نازک تیتانیای متخلخل الکترودهای کار مختلف و با ترکیب لایه های متنوع جهت استفاده در ساخت سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ ساخته شده اند. یک سری از کمپلکس های کبالت و فروسن جهت استفاده بعنوان واسط الکترونی درون الکترولیت سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ سنتز و شناسایی شدند. در این مورد برای اولین بار الکترولیت کمپلکس های نامتقارن کبالت با موفقیت ساخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ آلی d35 و سیستم های ردوکس کبالت و فروسن با استفاده از الکترودهای کار تیتانیا ساخته شده و با استفاده از آنالیزهای ولتاژ-جریان، بازده تبدیل فتون تابیده شده به جریان و جذب فوق سریع لیزر کارایی آنها مورد ارزیابی قرار گرفته است. بیشترین کارایی در مورد سلول های دارای زیرلایه تیتانیای متراکم تهیه شده به روش سل-ژل مشاهده شده است. همچنین سلول های دارای کمپلکس نامتقارن کبالت افزایش چشم گیری را در میزان فتوجریان سلول نشان می دهند.