18711

۱۸۷۱۱

سنتز و شناسايي كالكوژنيد چهارتايي (Cu2ZnSnS4 (CZTS در مقياس نانو و بررسي خواص آن

كارشناسي ارشد

نانوشيمي

اسفند ۱۳۹۶

دكتر آزاده تجردي - دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل

شيمي

در اين پژوهش، نانوذرات كالكوژنيد چهارتايي(CZTS) Cu2ZnSnS4 با استفاده از روش ساده و سريع ريزموج در فاز جامد سنتز شد. تيواوره به عنوان منبع گوگردي مورد استفاده قرار گرفت. همچنين، اين واكنش دهنده همراه با واحدهاي نيترات و آب نقش سوخت و عامل پيشران در هدايت واكنش به سمت تشكيل نانوذرات CZTS در حالت جامد را برعهده دارد. در اين فرآيند عواملي مانند تغيير زمان تابش ريزموج و استفاده از منابع گوگردي ديگر مانند تيواستاميد، تيوسمي‌كربازيد و گوگرد در تشكيل محصول بررسي شدند. نمونه‌هاي تهيه شده با روش‌هاي XRD ، رامان، EDX، SEM ، TEM و UV-Visاز نظر ساختاري، ريخت شناسي و خواص نوري مورد شناسايي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه كاربرد تيواوره و يا تيوسمي كربازيد همراه با نمك‌هاي فلزي مس (I) كلريد، روي نيترات 4 آبه، قلع (IV) كلريد 2 آبه به تشكيل نانوذرات بلوري تك فاز CZTS با فاز كستريت با اندازه متوسط ذرات 38 نانومتر مي‌انجامد. نوار شكاف انرژي محصول با استفاده از برون‌يابي منحني (αhν)2 در مقابل hν در حدود eV 78/1 به‌دست آمد. خواص الكتروشيميايي محصول با انجام آزمون‌هاي الكتروشيمي ولتامتري چرخه‌اي، امپدانس در تعيين مقاومت، پتانسيل روبش خطي و كرونو‌آمپرومتري در pH‌هاي مختلف اسيدي، خنثي و بازي مطالعه شد. نتايج آزمون‌ها جريان رسانايي خوبي در محصول CZTS نشان دادند. همچنين، نانوذرات CZTS با گرافن اكسيد و گرافن اكسيد كاهش يافته كامپوزيت و خواص الكتروشيمي آن‌ها مورد بررسي قرار گرفتند. آزمون‌هاي الكتروشيمي انجام شده، افزايش شدت پيك‌هاي اكسايش-كاهش نمونه كامپوزيت شده GO/CZTS و rGO/CZTS را آشكار كردند. علاوه بر آن، افزايش عبور جريان و نيز بهتر بودن اثر كاتاليزگري اين كامپوزيت‌ها نسبت به CZTS در توليد هيدروژن مشاهده گرديد.

1397/01/28

4/17/2018 12:00:00 AM

In this project, Cu2ZnSnS4 (CZTS) quaternary chalcogenide nanoparticles were synthesized by using facile and rapid microwave method in solid state. Thiourea was used as sulfur source. In addition, this reactant plays a role as fuel and driving agent accompanied by H2O and nitrate unites to drive the reaction towards the formation of CZTS nanoparticles. in the formation of product, the variation of microwave irradiation time and the use of other sulfur sources such as thioacetamide, thiocemicarbazide and sulfur powder were studied. The structure, morphology and optical properties of the prepared samples were characterised using XRD, Raman, EXD, SEM, TEM and UV-Vis techniques. The results indicated that use of thiourea and/or thiocemicarbazide accompanied by metal salts of copper (I) chloride, zinc nitrate tetra hydrate and tin (IV) chloride dihydrate leads to form single phase of CZTS nanoparticles with kesterite phase and average particle size of 38 nm. Band gap of product was estimated at about 1.78 eV by extrapolation of (αhν)2 vs. hν. Electrochemical properties of product were studied via performing electrochemical tests of cyclic voltammetry, impedance in resistance determination, linear scanning potential and chronoamprometry in different acidic, neutral and alkaline conditions. The tests results showed good conductivity current in CZTS product. In addition, CZTS nanoaprticles were composed with graphene oxide and reduced graphene oxide and their electrochemical properties were investigated. The electrochemical tests revealed the increase of redox peaks in the composited samples of GO/CZTS and rGO/CZTS. Meanwhile, it was observed the increase in conductivity and the improvement of catalytic effect of these composites compared to CZTS in hydrogen production.