نمونه­ی TSC6 می­باشد. همچنین نمونه­ی همراه با دوپ همزمان دارای خواص فتوکاتالیستی بهتری در مقایسه با نمونه­­های تک دوپنت بود. طیف جذب تیتانیای دوپ شده با Sn و Ce دارای شیفت پیک قابل ملاحظه­ای به­سمت ناحیه مرئی بود. این امر را می­توان به ایجاد یک تراز جدید در وسط باند ممنوعه TiO2 نسبت داد. علاوه بر این، دوپ سریم می­تواند سبب کند شدن فرآیند بازترکیب الکترون و حفره در تیتانیا گردد. باتوجه به بررسی XPS، عنصر Ti عمدتاً به­صورت شیمیایی Ti4+ وجود داشت. Ce به­صورت ترکیبی از حالت­های اکسیداسیون Ce3+ و Ce4+ یافت شد.

 

 

 

 

فهرست

 

عنوان                                                                                                                                        صفحه

فصل اول: مقدمه. 1

1-1 پیشگفتار. 2

1-2- تاریخچه فتوکاتالیست. 2

1-3- دلایل تولید فتوکاتالیست جهت کاربرد در امواج مرئی. 5

1-3-1- توانایی فعال شدن با پرتوهای مرئی. 5

1-3-2- پایداری خاصیت فتوکاتالیستی. 6

1-3-3- غیر سمی بودن. 6

1-3-4- قیمت مناسب. 7

1-4- هدف از انجام تحقیق. 7

فصل دوم: مروری بر منابع مطالعاتی و مبانی نظری. 9

2-1- ویژگی­های نیمه­رساناها. 10

2-1-1- حامل­های بار در نیمه­رساناها. 10

2-1-2- انواع نیمه­رساناها. 11

2-1-2-1- نیمه­رساناهای ذاتی. 11

 

2-1-2-2- نیمه­رساناهای غیرذاتی. 11

2-2- خواص یک فتوکاتالیست مناسب. 12

2-2-1- فتوکاتالیست­های بررسی شده. 13

2-3- تیتانیا. 14

2-3-1- خواص فیزیکی و شیمیایی دی­اکسید تیتانیوم. 15

2-3-2- ساختارهای دی­اکسید تیتانیوم. 15

2-3-3- خاصیت فتوکاتالیستی تیتانیا. 18

2-4- اصول اولیه فرآیندهای فتوکاتالیستی. 19

2-4-1- تهییج فوتونی از طریق باندگپ. 20

این مطلب را هم بخوانید :

2-4-2- موقعیت­های لبه باند. 22

2-4-3- اثرات اندازه کوانتومی. 24

2-4-4- ترکیب مجدد جفت­های الکترون- حفره. 24

2-4-5- نقش الکترون­ها و حفره­های تولید شده در اثر پرتوتابی در فتوکاتالیست. 25

2-4-6- اکسیداسیون فتوکاتالیستی ترکیبات آلی. 26

2-5- پارامترهای موثر بر افزایش خاصیت فتوکاتالیستی TiO2 در نور مرئی. 27

2-5-1- شکل و اندازه ذرات. 28

2-5-2- ساختار کریستالی. 29

2-5-3- بمباران یونی. 30

2-5-4- تکنیک های ترکیب. 31

2-5-5- اضافه کردن یون­های غیر فلزی. 32

2-5-6- آلاییدن نیمه­هادی­ها با انواع یون­های فلزی. 33

2-6- تاریخچه کاربردهای تیتانیا. 36

2-7- کاربردهای تیتانیا. 37

2-7-1- فوتوکاتالیز کردن. 39

2-7-1-1- کاربردهای فتوکاتالیستی. 39

2-7-1-1-1 تجزیه نوری آب. 39
2-7-1-1-2 ضدعفونی. 40
2-7-1-1-3 تصفیه هوا. 40

2-7-1-1-4 تصفیه آب. 41

2-8- فرآیند سل- ژل. 42

2-8-1- اصول فرآیند سل-ژل. 43

فصل سوم: فعالیت­های آزمایشگاهی و روش کار. 45

3-1- مواد اولیه مورد مصرف و خواص آن­ها. 46

3-2- روش سنتز. 47

3-3- آماده­سازی سل. 48

3-3-1- سل تیتانیا. 48

3-3-2- سل قلع و سریم. 48

3-4- سنتز نانوذرات تیتانیا به­همراه افزودنی. 49

3-5- کد گذاری نمونه‏ها. 50

3-6- روش های بررسی خواص. 51

3-6-1- بررسی خواص فیزیکی سل – تکنیک پراش نوری DLS. 49

3-6-2- بررسی استحاله حرارتی. 52

3-6-3- آنالیز سطح ویژه(BET)  Adsorption/Desorption Porosimetry. 53

3-6-4- بررسی فازهای کریستالی. 53

3-6-5- ارزیابی مورفولوژی و ریزساختار. 55

3-6-6- طیف­ سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه. 55

3-6-7- طیف نگاری فتوالکترونی پرتو ایکس (XPS) 56

3-6-8- بررسی خواص نوری و محاسبه‏ی انرژی پهنای نوار ممنوعه‏ 57
3-6-9- بررسی رفتار فتوکاتالیستی. 58

3-6-9-1- متیلن بلو. 58

3-6-9-2 نحوه انجام آزمایش فتوکاتالیستی. 61

فصل چهارم: نتایج و بحث. 62

4-1- نتایج حاصل از تهیه سل. 63

4-2- نتایج آنالیز TG-DTA.. 65

4-3- نتایج اثر افزودنی بر خواص نانوذرات تیتانیا. 67

4-3-1- نتایج و تحلیل آنالیز فازی نانو ذرات T-x mol% Ce. 67

4-3-2- نتایج و تحلیل آنالیز فازی نانو ذرات T-x mol% Sn. 70

4-3-3- نتایج و تحلیل آنالیز فازی نانو ذرات  y mol%Ce- x mol%Sn  T- 72

4-3-4- نتایج و تحلیل آنالیز UV-Vis 75

4-3-5- بررسی تاثیر دمای کلسیناسیون بر فازهای کریستالی. 76

4-3-6- بررسی تاثیر دمای کلسیناسیون روی خواص فتوکاتالیستی   79

4-3-7- اثر زمان کلسیناسیون بر فازهای کریستالی. 80

4-3-8- بررسی طیف  UV-Vis و محاسبه باند ممنوعه. 81

4-3-9- اثر زمان تابش بر بازده تجزیه فتوکاتالیستی. 87

4-3-10- تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی. 89

4-3-11- نتایج حاصل از آنالیز عنصری EDX.. 91

4-3-12- نتایج و تحلیل آنالیز سطحی XPS. 91

4-3-13- نتایج و تحلیل آنالیز BET. 97

4-3-14- نتایج و تفیسر طیف­های FT-IR. 98
فصل پنجم:  نتیجه­گیری نهایی و پیشنهادها. 101

5-1- نتیجه­گیری نهایی. 102

5-2- پیشنهادات و کارهای آینده. 103

مراجع. 104

 

 

 

 

فهرست شکل­ها

 

عنوان                                                                                                           صفحه

شکل 2-1: نیمه­رسانای نوعn  و نیمه رسانای نوع p. 12

شکل 2-2: موقعیت نوار نیمه­رساناهای انتخابی و پتانسیل اکسایش-کاهش O2/O2، OH/H2O در 7pH=. 14

شکل 2-3:  نمودار فاز دی­اکسید تیتانیوم. 16

شکل 2-4:  شماتیکی از سلول‏های واحد فاز TiO2، (الف) آناتاز، (ب) روتایل، (ج) بروکیت. 16

شکل 2-5: موقعیت لبه باند و شکاف انرژی برخی نیمه­هادی­ها.. 23

شکل 2-6: مکانیزم فرآیندهای ناشی از نور تیتانیا و کاربردهای آن.   38

شکل 2-7: تولید فتوکاتالیستی (a)H2 یا (b)O2 در حضور واکنش­گرهای فداکار.   40

شکل 3-1: فرآیند تهیه سل تیتانیا. 49