شماره ركورد
33748
پديد آورنده
محمد تشكري ماسوله
عنوان
بررسي اثر عوامل دوپ شونده و GO بر خواص فوتوكاتاليستي نانوذرات ZnO
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/06/22
استاد راهنما
مسعود هاشمي نياسري
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي مواد و متالورژي
چكيده
تخريب فوتوكاتاليستي تركيبات مقاوم به واسطه نيمه هاديها، به دليل ظرفيت آنها براي عملكرد تحت شرايط واكنش متنوع يك رويكرد سازگار با محيط زيست است. در ميان انواع فوتوكاتاليستها اكسيد روي به دليل داشتن شكاف انرژي وسيع و تحرك الكترون بالا مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش، بهمنظور بهبود عملكرد فتوكاتاليستي نانوذرات ZnO، مجموعهاي از راهكارهاي بهبود عملكرد شامل انتخاب نوع حلال و افزودني در فرآيند سنتز، آلايش با يونهاي قليايي خاكي (Ca و Sr) و همچنين كامپوزيتسازي با اكسيد گرافن (GO) مورد بررسي قرار گرفت. ابتدا تأثير نوع حلال (اتانول، پروپانول و 1،4 بوتانديول) و افزودنيهاي پليمري بر ساختار، اندازه بلورك، مورفولوژي و خواص سطحي نمونهها بررسي شد. در ادامه، نمونه پايه با 3 درصد مولي Ca، Sr و تركيب همزمان آنها (Zn-3Ca، Zn-3Sr، Zn-3Ca-3Sr) آلايش شد. دادههاي XRD و FTIR تأييدگر ورود آلايندهها به شبكه ZnO و ايجاد كرنش شبكهاي بودند. انرژي گاف نمونهها از eV 17/3 در ZnO پايه به eV 83/2 در نمونه آلايش همزمان شده كاهش يافت و شدت PL نيز بهطور معناداري كاهش يافت، كه نشاندهنده كاهش بازتركيب زوج الكترون-حفره بود. در مرحله نهايي، نمونه Zn-3Ca-3Sr با درصدهاي وزني 5، 10 و 15 درصد GO كامپوزيت شد. نتايج XRD، SEM، BET و FTIR نشان دادند كه افزودن GO موجب بهبود توزيع ذرات، افزايش سطح ويژه (از m²/g 66/17 در نمونه آلايش همزمان شده به m²/g 75/21 در نمونه حاوي 15٪ GO) و بهبود خواص سطحي و الكتروني گرديد. شكاف انرژي نمونه حاوي 10٪ GO به كمينه مقدار خود يعني eV 51/2 رسيد و بيشترين نرخ تخريب فتوكاتاليستي مربوط به نمونه Zn-3Ca-3Sr/15%GO با مقدار min⁻¹ 120/0k= بود كه نسبت به نمونه پايه تقريباً سه برابر افزايش نشان داد. همچنين اين نمونه تخريب 98% رنگ را در طي 60 دقيقه آزمون فوتوكاتاليستي نشان داد. بهطور كلي، نتايج نشان دادند كه راهبرد تركيبي آلايش و كامپوزيتسازي روشي مؤثر جهت بهبود ساختار و عملكرد فتوكاتاليستي ZnO است و نمونه Zn-3Ca-3Sr/10%GO بهعنوان گزينه مناسب نهايي معرفي شد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/12
عنوان به انگليسي
Investigation on the effect of dopant agents and graphene oxide (GO) on the photocatalytic properties of ZnO nanoparticles
تاريخ بهره برداري
9/13/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمد تشكري ماسوله
چكيده به لاتين
Photocatalytic degradation of resistant compounds by semiconductors represents an environmentally friendly and cost-effective approach due to their ability to function under various reaction conditions. Among different photocatalysts, zinc oxide (ZnO) has attracted considerable attention owing to its wide band gap and high electron mobility. However, its photocatalytic performance is limited by the rapid recombination of charge carriers and its limited absorption in the visible light range. Various strategies, such as doping and heterojunction formation, have been explored to overcome these limitations.
In this study, to improve the photocatalytic performance of ZnO nanoparticles, a series of optimization approaches were investigated, including the choice of solvent and additives in the synthesis process, doping with alkaline earth metal ions (Ca and Sr), and compositing with graphene oxide (GO). First, the effect of solvent type (ethanol, propanol, and 1,4-butanediol) and polymeric additives on the structure, crystallite size, morphology, and surface properties of the samples was examined. Subsequently, the base ZnO sample was doped with 3 mol% of Ca, Sr, and a co-doped combination of both (Zn-3Ca, Zn-3Sr, Zn-3Ca-3Sr). XRD and FTIR data confirmed the incorporation of dopants into the ZnO lattice and the induction of lattice strain. The band gap energy decreased from 3.17 eV in the pure ZnO sample to 2.83 eV in the co-doped sample, and the PL intensity significantly dropped, indicating reduced electron-hole recombination.
In the final stage, the Zn-3Ca-3Sr sample was composited with 5, 10, and 15 wt% GO. XRD, SEM, BET, and FTIR results showed that the addition of GO improved particle distribution, increased specific surface area (from 17.66 m²/g in the co-doped sample to 21.75 m²/g in the 15% GO sample), and enhanced surface and electronic properties. The band gap of the sample containing 10% GO reached its minimum value of 2.51 eV, and the highest photocatalytic degradation rate was observed for the Zn-3Ca-3Sr/15%GO sample with a rate constant of k = 0.120 min⁻¹, approximately three times higher than the base sample. Overall, the results demonstrated that the combined strategy of doping and compositing is an effective approach for optimizing the structure and photocatalytic performance of ZnO, with Zn-3Ca-3Sr/10%GO being identified as the final optimal sample.
كليدواژه هاي فارسي
فوتوكاتاليست , اكسيد روي , آلايش , كامپوزيت , اكسيد گرافن
كليدواژه هاي لاتين
Photocatalyst , Zinc oxide , Doping , Composite , Graphene oxide
Author
mohammad tashakkori masouleh
SuperVisor
Masood Hasheminiasari