18088

18088

بررسي خواص فوتوكاتاليستي نانوكامپوزيت گرافين فوم-اكسيدروي

كارشناسي ارشد

حالتجامد

مهرماه 1396

دكتر محسن بابامرادي - دكتر روح الله عظيمي راد

فيزيك

در اين پژوهش به ‌منظور تهيه‌ي نانو كامپوزيت گرافين فوم-اكسيدروي، گرافين فوم به روش رسوب‌دهي بخار شيميايي و نانو ميله¬هاي اكسيد روي به روش حمام شيميايي سنتز شدند. گرافين فوم تحت تأثير غلظت¬هاي مختلف متان و دماهاي مختلف سنتز و بر روي خواص فوتوكاتاليستي نانو كامپوزيت¬هاي گرافين فوم- اكسيد روي مقايسه صورت گرفت. جهت بررسي تخريب فوتوكاتاليستي، كاتاليست¬هاي سنتز شده داخل محلول متيلن بلو قرار گرفت و تحت تابش نور مرئي ميزان درصد تخريب براي هر يك از كاتاليست¬ها به دست آمد. براي بررسي مورفولوژي و شكل نانو كامپوزيت آناليز SEM گرفته شد، تصاوير SEM نشان داد كه نانو ميله‌هاي اكسيدروي داراي قطري حدود 50 نانومتر هستند و در نمونه كامپوزيتي حضور صفحات گرافيني و حضور يكنواخت نانو ميله‌هاي اكسيدروي يكنواخت را تاييد كرد. براي بررسي فاز تشكيل‌شده از نمونه ها آناليز XRD گرفته شد، الگوي پراش پرتوايكس نشان دادند كه در نانو كامپوزيت ها، اكسيد روي در ساختار وارتزايت كريستاليزه شده است. آناليز EDX به‌منظور بررسي درصد وزني عناصر موجود در گرافين مورد استفاده قرار گرفت؛ اين آناليز عناصر موجود در نمونه گرافين فوم سنتز شده را نشان مي دهد. همچنين براي بررسي اثر غلظت متان و دماي سنتز بر روي تعداد لايه هاي گرافين فوم از طيف‌سنجي رامان استفاده شد. طيف رامان نشان داد با تغيير غلظت متان (CH4= 0.5, 0.6, 0.7, 1, 1.5 sccm) مي توانند گرافين فوم ها به ترتيب با تعداد لايه هاي (2, 4, 6, 11, 25) سنتز شوند؛ همچنين براي نمونه با غلظت متان 0.7 sccm با تغيير دماي سنتز (T= 900,1000, 1120 °C) به ترتيب گرافين فوم¬هاي (23, 11, 6) لايه به دست مي¬آيد. آزمايش فوتوكاتاليستي نشان داد كه نمونه¬هاي كامپوزيتي داراي 2, 4, 6 لايه گرافين بعد از گذشت 120 دقيقه به ترتيب 90.10, 87.62, 86,80 درصد رنگ متيلن بلو را تخريب كردند كه نسبت به اكسيدروي خالص با 84.12 درصد تخريب، تخريب بيشتري را از خود نشان مي¬دهند و ميزان تخريب فوتوكاتاليستي نمونه هاي كامپوزيتي داراي 11 و 25 لايه به ترتيب با 74.69 و 63.84 درصد تخريب، نسبت به اكسيدروي خالص درصد تخريب كمتري دارند. بنابراين از ميان كامپوزيت ها بعد از گذشت 120 دقيقه نمونه كامپوزيتي گرافين فوم-اكسيد روي با 2 لايه گرافين بيشترين تخريب فوتوكاتاليستي را داشته است.

1396/09/01

11/22/2017 12:00:00 AM

ZnO is Know as a photocatalyst in the visible light region, many attempts have been done to increase the efficiency of this photocatalyst by incorporating metal and metal oxide nanoparticles or recently carbon nanotubes and graphene. Application of chemically derived reduced graphene oxide, for increasing the photocatalytic activity of TiO2, WO3 and ZnO, has already shown positive results. On the other hand, recently three dimensional graphene foam (GF) as an interconnected high quality robust structure of graphene sheets with very low density, high electrical conductivity and high accessible surface area was fabricated by chemical vapor deposition (CVD). In this research, GF was synthesized by CVD on a nickel foam skeleton. After dissolving the nickel foam, the obtaining GF was used as a highly porous conductive substrate for nucleation and growth of ZnO nanorode by hydrothermal method. Integration of 3Dgraphene and ZnO nanorods leads to a high performance in photocatalytic degradation toward methylene blue (MB). Scanning electron microscopy (SEM) was used to observe the morphology of G/ZnO composite and ZnO. The EDX spectrum shows the presence of zinc, carbon and Nickel, further confirming the successful formation of ZnO on 3D graphene surface. The crystal structures of G/ZnO composite were investigated using XRD analysis. The Raman spectra of the graphene foam, from which the characteristic G and 2D peaks of graphene are observed at ~1580 and 2702 cm-1. Notably, there is no obvious D band at ~1350 cm-1, indicating that high quality of graphene was successfully formed on the3D nickel foam. The results indicate that few layerGF/ZnO composites (2, 4, 6 graphene layers) destroyed 90.10, 87.62, 86.80% methylene blueafter 120 minutes, respectively. The enhancement of photocatalytic activity can be attributed to effective separation of photo-generated electrons and holes at the interface of graphene and ZnO.But the multilayers GF/ZnO composites (11 and 25 layers) with 74.69 and 63.84% degradation, respectively, had less degradation than pure ZnO nanorods. Therefore, the GF/ZnO composite has 2 layers graphene than other GF/ZnO composites of differnt layer numbers had the most photocatalytic degradation.