نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

چکیده

در این پژوهش به منظور بررسی تاثیر اولتراسونیک کردن در سنتز کربن نیترید نانوورقه‌ای از پیش‌ماده ملامینی، از دو روش حرارتی و ترکیبی با شرایط و سیکل حرارت‌دهی یکسان استفاده شده است. ابتدا ملامین در مدت 75 دقیقه به 550 درجه سانتی‌گراد رسید و برای مدت 4 ساعت در همین دما باقی ماند تا g-C3N4 بدست آید. در روش حرارتی، g-C3N4 بدست آمده در مدت 100 دقیقه به 500 درجه سانتی‌گراد رسید و برای مدت 3 ساعت در این دما نگهداری شد تا کربن نیترید نانوورقه‌ای بدست آید. در روش ترکیبی، ابتدا g-C3N4 به مدت 130 دقیقه درون محلول آب و اتانول سونیکیت شد و روند روش حرارتی برای آن تکرار گردید. برای مشخصه‌یابی نانوورقه‌های حاصل، آزمون‌های پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM)، طیف سنج مادون قرمز انتقالی (FTIR)، و تعیین مساحت سطح برونر-امت-تلر (BET) انجام گرفت. خواص فتوکاتالیستی نمونه‌ها با استفاده از تجزیه رودامین بی بررسی شد. مشخص شد که هر دو روش، توانایی تولید کربن نیترید نانوورقه‌ای را دارند. در روش ترکیبی در مدت زمان یکسان می‌توان نانوورقه‌هایی با ضخامت تقریبا 30 درصد کمتر از نانوورقه‌های تولیدشده به روش حرارتی، تولید نمود. نمونه‌های تولید شده به روش ترکیبی در مقایسه با نمونه‌های حرارتی دارای فعالیت فتوکاتالیستی بیشتری بودند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comparison of Carbon Nitride Nanosheets Synthesized by Thermal and Ultrasonic Thermal (combined) Methods

نویسندگان [English]

  • Mohammadreza Kabirian
  • Ahmad Salehi
  • Sayed Khatiboleslam Sadrnezhaad

Department of Materials Science and Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

In this research, carbon nitride nanosheets were synthesized from melamine precursor by both thermal and combined methods. Melamine first reached 550 °C for 75 minutes and remained at this temperature for 4 hours until g-C3N4 was obtained. In the heating method, the produced g-C3N4 reached 500 °C for 100 minutes and stored at this temperature for 3 hours to obtain nanosheet carbon nitride. In the combined approach, g-C3N4 was first sonicated for 130 minutes in a solution of water and ethanol and then the heating process was repeated for it. Sample characterization by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (FE-SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis were done. The photocatalytic performance of the samples was evaluated by measuring the degradation of the rhodamine b. It was found that both methods are capable of producing carbon nitride of nanosheet shape. In the combined approach, over the same period, nanosheets of about 30% less thickness than the heating method can be made. Samples that were made by the combined way showed better photocatalytic activity than thermal samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanosheet
  • Carbon Nitride
  • g-C3N4
  • Thermal Method
  • Combined Method
 1. A. Seza, F. Soleimani, N. Naseri, M. Soltaninejad, S.M. Montazeri, S.K. Sadrnezhaad, M.R. Mohammadi, H. Asgari Moghadam, M. Forouzandeh, M.H. Amin , “Novel microwave-assisted synthesis of porous gC3N4/SnO2 nanocomposite for solar water-splitting,” Appl. Surf. Sci., vol. 440, pp. 153–161, 2018.

2. D.M. Teter and R.J. Hemley, “Low-Compressibility Carbon Nitrides,”
Science., vol. 271, no. 5245, pp. 53 – 55, Jan. 1996.

3. S. Yang, Y. Gong, J. Zhang, L. Zhan, L. Ma, Z. Fang, R. Vajtai, X. Wang, P.M. Ajayan, “Exfoliated Graphitic Carbon Nitride Nanosheets as Efficient Catalysts for Hydrogen Evolution Under Visible Light,”
Adv. Mater., vol. 25, no. 17, pp. 2452–2456, May 2013.

4. X. She, H. Xu, Y. Xu, J. Yan, J. Xia, L. Xu, Y. Song, Y. Jiang, Q. Zhang, H. Li, “Exfoliated graphene-like carbon nitride in organic solvents: Enhanced photocatalytic activity and highly selective and sensitive sensor for the detection of trace amounts of Cu
2+,” J. Mater. Chem. A, 2014.

5. H.S. Zhai, L. Cao, and X.-H. Xia, “Synthesis of graphitic carbon nitride through pyrolysis of melamine and its electrocatalysis for oxygen reduction reaction,”
Chinese Chem. Lett., vol. 24, no. 2, pp. 103–106, Feb. 2013.

6. H. Xu, J. Yan, X. She, L. Xu, J. Xia, Y. Xu, Y. Song, L. Huanga, H. Li, “Graphene-analogue carbon nitride: novel exfoliation synthesis and its application in photocatalysis and photoelectrochemical selective detection of trace amount of Cu
2+,” Nanoscale, vol. 6, no. 3, pp. 1406–1415, 2014.

7. P. Niu, L. Zhang, G. Liu, H.M. Cheng, “Graphene-Like Carbon Nitride Nanosheets for Improved Photocatalytic Activities,”
Adv. Funct. Mater., vol. 22, no. 22, pp. 4763–4770, Nov. 2012. 

8. M. Groenewolt, M. Antonietti, “Synthesis of g-C
3N4 nanoparticles in mesoporous silica host matrices,” Adv. Mater., vol. 17, no. 14, pp. 1789–1792, 2005. 

9. Q. Lin, L. Li, S. Liang, M. Liu, J. Bi, and L. Wu, “Efficient synthesis of monolayer carbon nitride 2D nanosheet with tunable concentration and enhanced visible-light photocatalytic activities,”
Appl. Catal. B Environ., vol. 163, pp. 135–142, Feb. 2015.