نانوذرات به علت خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی, بسیار متفاوت از همتاهای توده ی خود عمل می کنند و در حوزه ی مواد مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. این تفاوت به دلیل تعداد قابل توجه اتم های سطحی که در مقایسه با نمونه های توده، خواص الکترونی و ساختاری متفاوت دارند، می باشد. در میان نانوذرات با ماهیت های متفاوت، نانوبلورهای نیمه هادی به علت تغییر خواص نوری و الکترونیکی آن ها از طریق محدودیت سه بعدی حامل های بار، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از ویژگی های نیمه هادی ها در مقیاس نانو، افزایش گاف انرژی آن ها با کاهش اندازه ی آن هاست. بنابراین، انعطاف پذیری گاف انرژی در نانو نیمه هادی ها آن ها را به ابزار مناسبی برای زمینه های مختلف کاربردی تبدیل می کند. اکسید سریم، سریا، یکی از نانو ذرات مورد توجه است که دارای خواص جذاب بسیاری است. سریا یک ماده ی دیر گداز شناخته شده با ساختار مکعبی فلوریت است. سریا می تواند به عنوان ماده ی هادی یون اکسیژن عمل کند. در سریا، جای خالی ذاتی از طریق حضور یون های ce3+ در شبکه ی فلوریت به علت تعادل کاهشی ce4+/ce3+، تشکیل می شود، در حالی که جای خالی عارضی از طریق جانشینی یون ها در شبکه ی سریا ایجاد می شود. خاصیت ویژه ی اکسید سریم برای تبادل برگشت پذیر اکسیژن یک ویژگی کلیدی برای اکثر کاربرد های آن است. نقطه ی ذوب بالا (oc 2400)، مزیت دیگری برای کاربرد های سریا در دمای بالا است. همچنین سریا در دماهای بالا پایدار است و سختی زیادی دارد. نانوذرات سریا با این خواص قابل توجه، در پزشکی، شیمی، محیط زیست، انرژی، اطلاعات، صنعت و غیره قابل کاربرد هستند. روش های متفاوتی برای تهیه ی این ماده ی ارزشمند نظیر سنتز الکتریکی، تراکم گاز، روش گداختن، هیدروترمال، رسوب گیری، روش مکانوشیمیایی، روش های سل- ژل، روش های مایکروویو، روش های سونوشیمیایی و غیره وجود دارد. در کار حاضر، از روش حرارت دهی توسط مایکروویو برای بدست آوردن نانو ذرات سریا استفاده شده است. حرارت دهی مایکروویو یک نوع حرارت دهی یکنواخت است و استفاده از این روش منجر به تهیه ی محصولات خالص می شود. در بین روش های متفاوت حرارت دهی، مایکروویو مزیت هایی نظیر حرارت دهی سریع، سرعت های واکنش بالاتر، انتخاب پذیری بیشتر، بهره ی بالاتر محصول و صرفه جویی در مصرف انرژی دارد. در این کار مایعات یونی 1- اتیل 3- متیل ایمیدازولیوم بیس (تری فلوئورومتیل سولفونیل) ایمید، 1- بوتیل 3- متیل ایمیدازولیوم بیس (تری فلوئورومتیل سولفونیل) ایمید و 1- هگزیل 3- متیل ایمیدازولیوم بیس (تری فلوئورومتیل سولفونیل) ایمید به علت خواص جالب نظیر پایداری حرارتی خوب، فشار بخار ناچیز، هدایت یونی بالا و غیره در محیط واکنش استفاده شدند. مایعات یونی فشار بخار ناچیزی دارند و بنابراین محیط سبزی برای واکنش ایجاد می کنند. هدف اصلی کار اخیر استفاده ی همزمان از مزیت های مایعات یونی و مایکروویو برای تهیه ی بلورهای نانو سریا با میانگین اندازه ی 7 نانومتر است. خواص نوری نانوذرات تهیه شده توسط طیف سنجی ماوراء بنفش-مرئی و طیف سنجی نشری انعکاسی مورد بررسی قرار گرفت. طیف سنجی ماوراء بنفش-مرئی یک روش مناسب و راحت برای برآورد گاف انرژی است ولی نقاط ضعفی نیز دارد. در نمونه های کلوییدی چون سطح بیشتری در معرض تابش نور است، اثرات پراکندگی افزایش می یابد. بنابراین، نور پراکنده شده به عنوان نور جذب شده به حساب می آید و روش جذب نوری بین این دو پدیده، جذب وپراکندگی، هیچ تفاوتی قائل نمی شود. به علاوه، اگر اندازه ی ذره در نمونه به اندازه ی کافی کوچک نباشد، رسوب می کند و تفسیر طیف جذبی بسیار مشکل می شود. استفاده از طیف سنجی نشری انعکاسی به منظور جلوگیری از این پیچیدگی ها مناسب است. روش طیف-سنجی نشری انعکاسی به نمونه ی پودری که در محیط مایع پراکنده شده باشد نیازی ندارد بنابراین ماده آلوده یا مصرف نمی شود. گاف های انرژی نمونه های نانوسریا با هر دو روش طیف سنجی ماوراء بنفش-مرئی و طیف سنجی نشری انعکاسی تعیین شد و با هم مقایسه شدند. هر دو روش روند مشابهی برای تغییرات گاف انرژی با اندازه ی نانو ذرات برای نمونه های مختلف نشان دادند

این پایان نامه شامل دو بخش است: بخش اول مربوط به بررسی تجربی حذف یک رنگ آزو (rb5) با استفاده از نانوذرات fe/pd و نانوصفحات گرافن است و در بخش دوم جذب rb5 روی نانوصفحه ی گرافن به صورت نظری با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. بخش اول آب یکی از مهم ترین اجزاء برای ادامه ی حیات است و به طور مستقیم با بهداشت عمومی، تولید انرژی و توسعه ی اقتصادی و صنعتی در ارتباط است. آلودگی آب نه تنها دسترسی به منابع آب مناسب و سالم را محدود می کند بلکه سبب شیوع بیماری ها، تغییر اکوسیستم و اثرات مخرب زیست محیطی می شود. در میان آلاینده های مختلف، رنگ های آزو به دلیل کاربرد گسترده از اهمیت خاصی برخوردار هستند. اخیراً، پیشرفت فناوری نانو و کشف ویژگی های جدید و منحصر به فرد نانومواد، افق جدیدی برای تصفیه ی آب ترسیم نموده است. یک فناوری نوظهور برای از بین بردن آلاینده های مقاوم مثل رنگ های آزو، استفاده از نانوذرات فلزی است. در بین تمام فلزات، آهن صفرظرفیتی (fe (o)) به دلیل هزینه ی کم، فراوانی، سهولت جداسازی و سازگاری با محیط زیست به طور گسترده ای برای تصفیه ی آب استفاده می شود. با این حال، کاربرد نانوذرات (fe (o)) به دلیل تشکیل لایه ی اکسیدی که مراکز فعال سطحی را مسدود می کند محدود می شود. یک روش علمی برای غلبه بر این محدودیت، ترکیب نانوذرات (fe (o)) با سایر فلزات و ایجاد یک سیستم دوفلزی است. فلزات گروه پلاتین نظیر پالادیم به دلیل پایداری شیمیایی و فعالیت کاتالیزوری بالا گزینه های بسیار مناسبی برای تشکیل نانوذرات دوفلزی هستند. روش موثر و پرکاربرد دیگری برای حذف رنگ از منابع آبی، روش جذب است. در میان جاذب های مختلفی که تاکنون مورد استفاده قرار گرفته است، نانومواد کربنی شامل کربن فعال، فولرن، نانولوله های کربنی و گرافن نقش مهمی در تصفیه ی آب دارند. گرافن جزء سازنده ی اصلی سایر ترکیبات بر پایه ی کربن است. ویژگی های منحصر به فرد گرافن در مقایسه با سایر آلوتروپ های کربن عبارتند از: الکترون های ? غیرمستقر گسترده، مساحت سطحی بزرگ و ساختار مسطح که این ویژگی ها گرافن را به یک جاذب فوق العاده تبدیل کرده است. در بین انواع مواد موجود، تمرکز این مطالعه بر استفاده از نانوذرات fe/pd و نانوصفحات گرافن برای حذف یک رنگ آزو است. به نظر می رسد که اثرات همکاری متقابل نانوذرات fe/pd و فعالیت کاتالیزوری pd سبب عملکرد بهتری در حذف رنگ ری اکتیو بلک5 (rb5) شود. rb5 به دلیل کاربرد گسترده ی آن در صنعت نساجی به عنوان مدل انتخاب شد. در بخش اول پایان نامه، نانوذرات fe/pd با یک روش ساده و سریع کاهش پی درپی تهیه شدند. همچنین، نانوصفحات گرافن از طریق سوزاندن نوار منیزیم در یخ خشک تهیه شدند. چندین روش مشخصه یابی ازجمله پراش پرتوی ایکس، طیف سنجی فلوئورسانس پرتوی ایکس،طیف سنجی فوتوالکترونی پرتوی ایکس، میکروسکوپ الکترونی عبوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد استفاده قرار گرفتند تا اطلاعاتی در مورد اندازه، مورفولوژی، ترکیب شیمیایی و مساحت سطح نانومواد تهیه شده در اختیار قرار دهند.