25202

ساخت و مدلسازي نانوفوتوكاتاليزگرهاي پورفيريني و غيرپورفيريني بر بستر Al/TiO2

دكتري تخصصي

شيمي معدني

1393

99/12/18

دكتر رحمت اله رحيمي

دكتر محبوبه رحيمي

شيمي

اين تحقيق در دو بخش محاسباتي و تجربي انجام شد. در بخش محاسباتي، يك سيستم فوتوكاتاليزگري جديد مبتني بر اثر پلاسمونيك متشكل از نانو ذرات نقره براي افزايش خاصيت فوتوكاتاليزگري TiO2 پيشنهاد شد. براي شبيه سازي عددي ساختار، از روش محدوديت زماني ديفرانسيل محدود (FDTD) استفاده شده است. شكل هاي مختلف نانوساختار فلزي مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج شبيه سازي نشان مي¬دهد كه بازتاب نور از سطح دستگاه فوتوكاتاليزگر بر اساس Al/TiO2 به طور قابل توجهي براي ساختار مبتني بر توري ذوزنقه اي در مقايسه با عناصر فاقد توري و داراي توري مستطيلي شكل براي حالت قطبش مغناطيسي (TM) كاهش مي يابد. همچنين، اثر زاويه برخورد نور فرودي در نظر گرفته و بررسي شده است. مشخص شده است كه در تمام زاويه هاي فرودي، كليه توري هاي فلزي بازتاب نور كمتري (در مقابل جذب نور بيشتر) نسبت به حالت فاقد توري داشتند. بهترين پيكربندي براي ساختار مبتني بر توري ذوزنقه اي در 60 درجه زاويه فرودي محقق شد. در بخش تجربي، كامپوزيت هاي مبتني بر Al/TiO2 ساخته و اثر افزودني و افزايش لايه ها در آن ها بررسي شد. Al5083، آلياژي از آلومينيوم حاوي منيزيم، منگنز و كروم است. در برابر حمله آب دريا و مواد شيميايي بسيار مقاوم است. در اين مطالعه، سنتز كامپوزيت هاي پايه آلياژ آلومينيوم، Al/TiO2(xx)550، Al/TiO2(xx)400 و Al/TiO2(xx)400/TCPP (تتراكيس ( 4- كربوكسي فنيل ) پورفيرين = TCPP) گزارش شده است. براي فعال كردن سطح Al5083 از روش سونش شيميايي استفاده شد. پس از فرآيند سونش، بستر TiO2 با موفقيت روي سطح Al5083 لايه نشاني شد. براي بررسي نقش ضخامت TiO2 در بازده فوتوكاتاليزگر، فوتوكاتاليزگر ها با لايه هاي مختلف TiO2 آماده شدند. از اين كامپوزيت ها به عنوان يك فوتوكاتاليزگر جديد براي تخريب نمك كلردار رودامين بي تحت تابش نور مريي استفاده شد. نقش ضخامت بستر TiO2 و وجود ماده حساس كننده پورفيرين در تخريب فوتوكاتاليزگري رودامين بي نيز مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه استفاده از TCPP به عنوان يك حساس كننده به نور باعث ايجاد پديده انتقال به سرخ در طيف هاي جذب Al/TiO2 (xx) 400 مي شود كه تخريب نوري رودامين بي را تقويت مي كند. همچنين، مشخص شد كه با افزايش لايه هاي تيتانيوم دي اكسيد، به طور قطع، بازده تجزيه نوري افزايش نمي يابد.

1400/06/21

Fabrication and modeling of porphyrinic and non-porphyrinic nano-photocatalysts based on Al/TiO2 substrate

1/1/1900 12:00:00 AM

This research was studied in both computational and experimental sections. In the computing section, we proposed a novel SPP-based photocatalytic system consisting of metallic nanograting elements to increase the photocatalytic behavior of TiO2. The finite differential time-domain (FDTD) method is employed to numerically simulate the structure. Various metallic shapes are studied. Simulation results show that the reflection significantly decreases for the trapezoid grating–based structure compared to its flat and rectangular grating elements for transverse magnetic (TM) polarization. Also, the effect of the incident angle of the sunlight is considered and investigated, it is found that all angles of the incidence, the overall metallic grating has lower reflection (corresponding to the larger absorption) than the flat case. The best configuration was realized for the trapezoid grating-based structure at 60° of inclination. In the experimental section, we made Al/TiO2-based composites and studied the additive effect and the increase of layers in them. Al5083 is an aluminum alloy with magnesium and traces of manganese and chromium. It is exceedingly resistant to attack by seawater and manufacturing chemicals. In this work, the synthesis of aluminum alloy (Al5083) based composites Al/TiO2(xx)550, Al/TiO2(xx)400, and Al/TiO2(xx)400/TCPP (TCPP= Tetrakis (4-carboxyphenyl) porphyrin (TCPP)) has been reported. We employed a chemical etching approach to activate the surface of Al5083. After the etching process, we successfully coated the TiO2 substrate on the Al5083 surface. To investigate the role of TiO2 thickness on photocatalysis efficiency, the photocatalysts were prepared with various layers of TiO2 introduced. We used this AA-composite as a new photocatalyst for degradation of the organic chloride Rhodamine B (RhB) under visible light irradiation. The role of the thickness of the TiO2 substrate and the presence of porphyrin sensitizer in the photocatalytic degradation of RhB was investigated as well. The results showed that employing TCPP as a photosensitizer caused the redshift in Al/TiO2(xx)400 absorption spectra reinforcing the photodegradation of RhB. Also, it was found that with increasing titanium oxide layers, the photodegradation efficiency does not necessarily increase.

آلومينيوم/تيتانيوم اكسيد , رودامين بي , تخريب نوري , پلاسمونيك , پورفيرين

Al/TiO2 , Rhodamine B , photodegradation , plasmonic , Porphyrin