22594

ارتقاء عملكرد آرايه نانولوله‌هاي TiO2 با استفاده از تكنيك آلايش شيميايي در تفكيك فوتوكاتاليستي آب

كارشناسي ارشد

صنايع شيميايي معدني

1399/3/10

دكتر علي اله وردي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

امروزه توليد سوخت سبز هيدروژن از طريق تفكيك فوتوالكتروكاتاليستي آب به عنوان يك منبع تجديدپذير انرژي توجه زيادي را به خود جلب كرده است. همچنين آرايه نانولوله‌هاي تيتانيوم دي‌اكسيد به دليل يك سري ويژگي‌هاي منحصر به فرد به عنوان يكي از محبوب‌ترين فوتوكاتاليست‌ها شناخته شده است. در اين تحقيق از روش آندايزينگ الكتروشيميايي براي سنتز آرايه نانولوله‌هاي تيتانيوم دي‌اكسيد استفاده شد. يكي از پارامترهاي حياتي در سامانه تفكيك فوتوالكتروكاتاليستي آب ولتاژ باياس است، چراكه اگر مقدار آن از يك حد بيشتر باشد فرآيند الكتروليز آب به فرآيند تفكيك فوتوالكتروكاتاليستي آب غلبه مي‌كند. در تحقيق حاضر از دو روش معادله نرنست و نتايج داده‌هاي آزمايشگاهي حاصل از نمودارهاي كرونوآمپرومتري استفاده شد و مقدار (V) 7/0 به عنوان ولتاژ باياس بهينه انتخاب شد. تيتانيوم دي‌اكسيد داراي يك سري مشكلات از قبيل نوتركيبي الكترون‌ها و حفره‌هاي برانگيخته بر اثر تابش نور و عريض بودن گاف انرژي است، كه اين امر باعث كاهش نرخ توليد هيدروژن مي‌شود. در اين تحقيق از روش آلايش شيميايي براي اصلاح آرايه نانولوله‌هاي تيتانيوم دي‌اكسيد استفاده شد. به اين منظور دو تكنيك آلايش همزمان با آندايزينگ و آلايش با حمام شيميايي در دو بخش آلايش شيميايي با قلع كلريد و آلايش شيميايي دوگانه با قلع كلريد و روي كلريد مورد بررسي قرار گرفت. در بخش آلايش شيميايي با قلع كلريد نرخ توليد هيدروژن در حالت آلايش همزمان با آندايزينگ 2/82 درصد و در حالت آلايش به روش حمام شيميايي 87/58 درصد نسبت به نمونه شاهد افزايش پيدا كرد. همچنين در بخش آلايش دوگانه با قلع كلريد و روي كلريد نرخ توليد هيدروژن توسط نمونه بهينه آلايش شده حين آندايزينگ، 84 درصد نسبت به نمونه شاهد افزايش پيدا كرد.

1399/09/06

Improving the Performance of TiO2 Nanotubes Array Using Doping Techniques in Photocatalytic Water Splitting

5/31/2021 12:00:00 AM

Today, the production of green hydrogen fuel through photoelectrocatalytic (PEC) water splitting has attracted great attention as a renewable energy source. Titanium dioxide nanotube arrays are also known as one of the most popular photocatalysts due to a number of unique features. In this work, titanium dioxide nanotubes arrays have been synthesized by the electrochemical anodizing method. One of the important parameters in the PEC water splitting system is the bias voltage, because if its value exceeds a specific limit, the water electrolysis process overcomes the process of photoelectrocatalytic water splitting. In the present study, the optimal bias voltage (0.7 v) was firstly determined using the two methods of Nernst equation and experimental data obtained from Chronoamperometry graphs. Titanium dioxide has a number of disadvantages including the recombination of photogenerated electron/hole pairs and also wide band gap, which reduce the rate of hydrogen evolution. In this study, chemical doping method was used to modify the titanium dioxide nanotubes array. For this purpose, two doping techniques 1) doping simultaneously along with anodizing, and 2) chemical bath deposition after anodizing were investigated once using tin chloride and then using combination of tin and zinc chlorides as doping and co-doping agents. With tin doping and compared to the reference sample, the hydrogen production rate was increased by 82.2% and 58.87% when doping was performed during anodizing and via chemical bath deposition, respectively. The maximum increase in rate of hydrogen production was about 84% achieved by the optimal sample co-doped with tin-zinc during anodizing.