28674

سنتز، مشخصه يابي و بررسي رفتار فوتوكاتاليستي نانوساختار متخلخل سولفيدروي-اكسيدروي در رفع آلاينده هاي رنگي

كارشناسي ارشد

نانوفناوري-نانومواد

1399

1402/3/23

حسين بنامتجدد امروز، پروانه سنگ پور زنجاني

فناوري هاي نوين

فتوكاتاليزوري به وسيله نيمه‌رسانا، يك فرآيند اكسيداسيون پيشرفته است كه اغلب در تجزيه آلاينده‌هاي آلي استفاده مي‌شود و به دليل راندمان بالا، سادگي، قابليت تكرار خوب، كنترل آسان و سازگاري با محيط زيست، مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش از نيمه‌هادي متخلخل ZnS، ZnO و نانوكامپوزيت متخلخل ZnS-ZnO براي حذف فتوكاتاليستي متيلن‌بلو به كمك لامپ LED استفاده شده است. در ابتدا، نانوذرات ZnS با انجام واكنش شيميايي بين پيش‌ماده روي (Zn(NO3)2.6H2O) و گوگرد (Na2S.5H2O) در محيط اتانول سنتز شده و سپس به كمك حذف محصول جانبي NaNO3 به عنوان قالب نرم، نانوذرات متخلخل حاصل گرديد. در ادامه، اين ذرات، در اتمسفر هوا تحت حرارت قرار گرفتند و با اكسيد شدن كامل و نسبي به ترتيب به ZnO متخلخل و ZnS-ZnO متخلخل تبديل شدند. نمونه‌هاي سنتز شده، به كمك آناليز پراش اشعه ايكس، طيف سنجي بازتابي، طيف سنجي مادون قرمز فوريه، آناليز جذب و واجذب نيتروژن، آناليز حرارتي همزمان، ميكروسكوپ الكتروني عبوري با وضوح بالا، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني، طيف‌سنجي فوتولومينسانس، تكنيك مات-شاتكي و طيف‌سنجي مرئي-فرابنفش تحت بررسي قرار گرفتند. طبق نتايج، سطح ويژه m2g-1165، m2g-135 و m2g-110 به ترتيب براي سه نمونه ZnS، ZnS-ZnO و ZnO گزارش گرديد. همچنين گاف انرژي براي اين سه نمونه به همين ترتيب، برابر eV3.3، eV2.8 و eV2.9 به دست آمد. حامل بار محاسبه شده براي ZnS، Cm-310159.21، ZnS-ZnO، Cm-310161.07 و ZnO، Cm-310152.58 مي‌باشد. نمونه ZnS، علي‌رغم شكاف انرژي بالاتر و تعداد حامل بار كمتر از ZnS-ZnO، بازده فتوكاتاليستي بهتري از خود نشان داد. با بررسي عوامل موثر، اين نتيجه‌گيري حاصل شد كه سطح ويژه و حالت‌هاي بين‌باندي موجود در ساختار ZnS، موجب بازده بالاتر آن شده است. با همين تحليل، نمونه ZnO نيز با كمترين حامل بار و سطح ويژه، پايين‌ترين فعاليت را به خود اختصاص داده است.

1402/06/15

Synthesis, characterization and investigation of the photocatalytic behavior of the porous ZnS-ZnO nanostructure in the removal of organic pollutants

6/12/2024 12:00:00 AM

Semiconductor photocatalysis is an advanced popular oxidation process that is often used in the degradation of organic pollutants. This photocatalysis has been widely used due to its high efficiency, simplicity, good reproducibility, effortless control, and environment-friendly. In this research, porous semiconductor ZnS, ZnO, and porous ZnS-ZnO nanocomposite have been used for photocatalytic removal of methylene blue with LED lamps. ZnS nanoparticles were synthesized by a chemical reaction between zinc precursor [Zn(NO3)2.6H2O] and sulfide [Na2S.5H2O] in an ethanol environment, and porous nanoparticles were obtained by removing NaNO3 by-product as a soft template. These particles were oxidized in the air atmosphere and turned into porous ZnO and porous ZnS-ZnO. Synthesized specimens were characterized using powder X-ray diffraction, N2-physisorption, Simultaneous thermal analysis, High-resolution transmission electron microscopy, photoluminescence spectroscopy, Field emission scanning electron microscopy, Diffuse reflectance spectroscopy, FT-IR spectroscopy, Mott-Schottky technique, and visible-ultraviolet spectroscopy. According to the results, specific surface areas were reported 165m2g-1, 35m2g-1, and 10m2g-1 for ZnS, ZnS-ZnO, and ZnO samples, respectively. The bandgap for these three samples was equal to 3.3eV, 2.8eV, and 2.9eV. The carrier density for ZnS, ZnS-ZnO, and ZnO was calculated 9.211015Cm-3, 1.071016Cm-3, and 2.581015Cm-3. ZnS, despite its higher bandgap and lower charge carrier than ZnS-ZnO, has better photocatalytic efficiency. The specific surface area and the interband states in the ZnS structure affect its higher efficiency. Therefore, the ZnO because of the lowest charge carrier and specific surface areas has the most insufficient activity.

نيمه‌هادي متخلخل , هتروجانكشن , فتوكاتاليست , متيلن‌بلو ‬

Porous semiconductor , heterojunction , photocatalyst , methylene blue

Rana Mahdizadeh

Hosein Banna motejadded emrooz