12568

بررسي مطالعات انجام شده در زمينه‌ي سنتز و كاربرد نيتريد كربن گرافيتي

1401

دكتر رضا نوروزبيگي

توسعه سريع فعاليت‌هاي انساني و صنعت مدرن، آلودگي‌هاي زيست‌ محيطي جدي و كمبود انرژي را به چالش‌هاي اساسي براي جامعه بشري تبديل كرده‌ است. محققان به دنبال توسعه استفاده از مواد و روش‌هايي با كارايي بالا براي رفع فوري اين مشكلات هستند. نيتريد كربن گرافيتي (g-C3N4) به عنوان يك ماده پركاربرد، جاذب عالي و يك فوتوكاتاليست بالقوه در زمينه جذب و حذف انواع آلاينده‌ها و همچنين توليد و ذخيره انرژي است. اين ماده يك نيمه هادي بدون فلز بوده كه داراي خواص منحصر به فردي از جمله فراواني مواد خام، سنتز كم هزينه، اصلاح آسان، خواص فوتوكاتاليستي قابل تنظيم، ظرفيت جذب بالا، شكاف باند مناسب در محدوده طيف مرئي، پايداري شيميايي و حرارتي بالا است. با توجه به اين ويژگي‌ها اين ماده داراي كاربردهاي مختلف مانند حذف رنگ‌ها، حذف يا كاهش CO2، حذف آنتي بيوتيك‌ها، حذف فلزات سنگين و توليد هيدروژن است. روش‌هاي سنتز ماده مذكور آسان و كم‌ هزينه است؛ به عنوان مثال نيتريد كربن گرافيتي را مي‌توان به راحتي با عمليات حرارتي ساده بسترهاي غني از نيتروژن مانند پيروليز اوره تهيه كرد. همچنين به دليل ساختار لايه‌اي و گرافيتي مانند آن به راحتي مي‌توان با روش هايي مانند دوپينگ، اصلاح سطح با عامل‌دار كردن، ايجاد پيوند ناهمگن، تنظيم مورفولوژي و غيره خواص جذبي و فوتوكاتاليستي آن را افزايش داد. به طور مثال فعاليت جذب با چندين روش از جمله ايجاد تخلخل توسط قالب‌هاي نرم و سخت، ساخت كامپوزيت‌هاي كاربردي يا عامل‌دارسازي شيميايي افزايش مي‌يابد. همچنين براي افزايش فعاليت فوتوكاتاليستي مي‌توان مقدار شكاف باند آن كه در حالت خالص حدودev 2.7 است را با ايجاد دوپينگ‌هاي فلزي كاهش داد. با كاهش فاصله باند، توانايي جذب نور نيتريد كربن گرافيتي افزايش و در نتيجه فعاليت فوتوكاتاليستي آن افزايش مي‌يابد. با اين حال به كار بردن توانايي جذب و فوتوكاتاليستي نيتريد كربن گرافيتي به صورت منفرد عملكرد محدودي در كاربردهاي مختلف آن دارد. به عنوان مثال سرعت واكنش فوتوكاتاليستي در يك سيستم نسبتاً آهسته است. همچنين تكنيك جذب نمي‌تواند به تنهايي آلاينده‌ها را تجزيه كند. براي رفع اين‌گونه محدويت‌ها مي توان از فرآيند تركيبي يا ادغام جذب و فوتوكاتاليست استفاده كرد. زيرا جذب يك پيش‌نياز ضروري براي واكنش فوتوكاتاليسي است. آلاينده‌ها زماني كه بتوانند به راحتي به سطح فوتوكاتاليست نفوذ كنند، به طور مؤثرتري از بين مي‌روند. بنابراين ادغام جذب-فوتوكاتاليست مي تواند روش مؤثري براي كاربردهاي محيط زيستي از قبل حذف انواع آلاينده‌ها باشد. با اين‌حال چالش‌هاي فراواني براي صنعتي كردن اين كاربردها وجود دارد در نتيجه به مطالعه و تحقيقات بيشتر در اين زمينه لازم است.

9/30/2023 12:00:00 AM

80530

1402/07/26

Reviewing the studies conducted in the fields of synthesis and application of graphite carbon nitride

نيتريد كربن گرافيتي (g-C3N4) , مواد مبتني بر g-C3N4 , فعاليت جذبي و فوتوكاليستي , كاربردهاي محيطي , كاربردهاي انرژي

Graphitic carbon nitride (g-C3N4) , materials based on g-C3N4 , absorption and photocatalytic activity , environmental applications , energy applications