نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مواد، گرایش سرامیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد نجف آباد
2 استادیار، عضو هیت علمی گروه مهندسی نانوفناوری، دانشکده علوم و فناوری‌های نوین، دانشگاه اصفهان
3 دانشیار، عضو هیت علمی پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی
چکیده
پوشش‌های نانوفوتوکاتالیست، در معرض تابش فوتون های پرانرژی ، توانایی حذف ترکیبات سمی آلی از محیط های گازی و آبی را دارا می‌باشند. اما این پوشش‌ها به دلیل سطح ویژه کم، نسبت به نانوذرات کارایی کمتری از خود نشان می‌دهند. برای بهبود کارایی باید ریزساختار این پوشش‌ها را تصحیح کرد. در این تحقیق، سنتز لایه نانوفوتوکاتالیست غیرهمگنTiO2/Al2O3 با استفاده از فرایند سل-ژل انجام شد. از قطعه های کوارتز به‌صورت زیرلایه استفاده شد و سپس، به روش لایه نشانی چرخشی، به‌ترتیب سل‌های Al2O3 وTiO2 بر روی زیرلایه کوارتزی نشانده شدند و به‌ترتیب در دمای 800 و 500 درجه سانتی‌گراد عملیات حرارتی شدند. تبلور فازهای گاما آلومینا و آناتاز به‌کمک پراش‌سنجی اشعه ایکس تایید شد. اندازه بلورک‌های لایه آناتاز به‌کمک میکروسکوپ الکترون- روبشی حدود 30 نانومتر به‌دست آمد. از آنالیز طیف‌سنجی جذبی UV جهت محاسبه گاف انرژی استفاده شد و با توجه به طول‌موج جذب، گاف اصلی محاسبه شده برای TiO2، eV81/3و برای TiO2/Al2O3، eV47/4به‌دست آمد. طیف‌های نشری به‌دست آمده توسط آنالیز فوتولومینسانس جهت تایید وجود تهی جای اکسیژن مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه حاصل شده نشان داد که با افزودن Al2O3، ممکن است تهی‌جای اکسیژن خنثی پایدار شوند.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Characterization and Comparison of the Nanostructured Heterogenous TiO2/Al2O3 and TiO2 Films
نویسندگان [English]
- I. Abedi 1
- Abolghasem Nourmohammadi 2
- A. Aghaei 3
1 Islamic Azad University, Najaf Abad Branch, Department of Materials Engineering
2 Department of Nanotechnology, Faculty of Advanced Science and Technologies, University of Isfahan, Isfahan
3 Ceramic Research Institute, Materials and Energy Research Center (MERC)
چکیده [English]
Nano photo-catalyst coatings, exposed to high-energy photons, have the ability to remove toxic organic compounds from gaseous and aqueous environments. But these coatings, due to lower surface area, are less efficient than nanoparticles. Microstructure of these coatings should be modified in order to improve their efficiency. In this study, nanostructured TiO2/Al2O3 heterogeneous films were synthesized by the sol-gel method. Quartz sheets were used as the substrates, and Al2O3 and TiO2 sols were, in turn, deposited on these substrates by the spin coating method, respectively. The deposited layers were sintered at 800°C and 500°C, respectively. Crystallization of gamma-alumina and anatase phases was confirmed by X-ray diffraction (XRD). The average crystallite size of the anatase films was measured to be about 30 nm by using scanning electron microscopy (SEM). UV-vis absorption spectroscopy was used to calculate the energy gap, and based on the measured absorption wavelengths; the total gaps were calculated to be 3.81 eV and 4.47 eV, for TiO2 and TiO2/Al2O3 layers, respectively. The emission spectra obtained by the photoluminescence analysis were used to confirm the oxygen vacancy formation. Our results showed that, by the addition of Al2O3, neutral oxygen vacancies may be thermodynamically stable stabilized in TiO2.
کلیدواژه‌ها [English]
- Nano photocatalysts
- Heterogeneous film
- Titanium dioxide
- Alumina
- Oxygen Vacancies
- Fujishima, T. N. Rao, D. A. Tryk, "Titanium dioxide photocatalysis", Journal of Photochem and Photobio. C: Photochchem, vol. 1, pp. 1-21, 2000.
- S.K. Lee, S. Mcintyre, A. Mills, "Visible illustration of the direct, lateral and remote photocatalytic destruction of soot by titania", Journal of Photochem And Photobio. A: chem, vol. 162, pp. 203-206, 2004.
- K. I. Ishibashi, A. Fujishima, T. Watanabe, K. Hashimoto, "Quantum yields of active oxidative species formed on TiO2 photocatalyst", Journal of Photochem And Photobio. A: chem, vol. 134, pp. 139-142, 2000.
- Y. Lin, "Photocatalytic activity of TiO2 nanowire arrays" , Materials Letters, vol. 62 , pp. 1246–1248, 2008.
- Ma, G. K. L. Goh, T. S. Zhang, J. Ma, "Hierarchically structured anatase nanotubes and membranes", Microporous and Mesoporous Materials, vol. 124, pp. 162–168, 2009.
- R. Bacsa, J. Kiwi, T. Ohno, P. Albers, V. Nadtochenko, "Preparation, testing and characterization of doped TiO2 active in the peroxidation of biomolecules under visible light", Journal of Physical Chemistry B, vol. 109, pp. 5994-6003, 2005.
- Guillard, D. Debayle, A. Gagnaire, H. Jaffrezic, J. M. Herrmann, "Physical properties and photocatalytic efficiencies of TiO2 films prepared by PECVD and sol-gel methods", Materials Research Bulletin, vol. 39, pp. 1445-1458, 2004.
- J. A. Byrne, B. R. Eggins, N. M. D. Brown, B. Mckinney, M. Rouse, "Immobilisation of TiO2 powder for the treatment of polluted water", Applied Catalysis B: Environmental, vol. 17, pp. 25-36, 1998.
- Guillard, B. Beaugiraud, C. Dutriez, J. M. Herrmann, H. Jaffrezic, N. Jaffrezic-Renauit, M. Lacroix, "Physicochemical properties and photocatalytic activities of TiO2-films prepared by sol-gel methods", Applied Catalysis B: Environmental, vol. 39, pp. 331-342, 2002.
- Z. Ding, X. Hub, P. Yueb, G. Q. Lua, P. F. Greenfield, "Synthesis of anatas TiO2 supported on prous solid by chemical vapor deposition", Catalysis Today, vol. 68, pp. 173-182, 2001.
- K. Babau, R. Hatada, "Synthesis and properties of TiO2 thin films by plasma source ion implantation", Surface and Coatings Technology, vol. 136, pp. 241-243, 2001.
- M. Terashima, N. Inoue, S. Kashiwabara, R. Fujimoto, "Photocatalytic TiO2 thin-films deposited by a pulsed laser deposition technique", Applied Surface Science, vol. 169-170, pp. 535-538, 2001.
- W. Zhang, S. Zhu, Y. Li, F. Wang, "Photocatalytic property of TiO2 film deposited by pulsed DC magnetron sputtering", Journal of Materials Science and Technology, vol. 20, pp. 31-34, 2004.
- J.S. Kim, H. K. Joo, T. K. Lee, K. Itoh, M. Murabayashiy, "Photocatalytic Activity of TiO2 Films Preserved under Different Conditinos: The Gas-Ohase Photocatalytic Degradiation Reaction of Trichloroethylene", Catalysis of Journal, vol. 194, 484-486, 2000.
- J. Yu, X. Zhao, "Effect of substrates on the photocatalytic activity of nanometer TiO2 thin films", Materials Research Bulletin, vol. 35, pp. 1293-1301, 2000.
- Y. Huang, Y. Cai, D. Qiao, H. Liu, "Morphology-controllable synthesis and characterization of CeO2 nanocrystals", Particuology, vol. 9, pp. 170–173, 2011.
- ز. محمدپور، م. سروری، "روشهای شناسایی نانوساختارها (روشهای طیف سنجی نوری)"، دانشکده علوم پایه گروه شیمی، دانشگاه شیراز، 1387.
- V. Chaudhary, A. K. Srivastava, J. Kumar, "On the Sol-gel Synthesis and Characterization of Titanium Oxide Nanoparticles", Materials Research Society, vol. 1352, pp. 759-765, 2011.
- Pae, Young Il, and Jong Rack Sohn. "Effect of Al2O3 addition and WO3 modification on catalytic activity of NiO/Al2O3-TiO2/WO3 for ethylene dimerization." Bull. Korean Chem. Soc. Vol. 28, pp 1763-1770, 2007.
)