27532

سنتز و بررسي خواص فوتوكاليستي كامپوزيت كربن نيتريد گرافيتي-اكسيد تيتانيوم

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1398

1401/6/29

مسعود هاشمي نياسري - سميه اعلم الهدي

سيد مرتضي مسعودپناه

مهندسي مواد و متالورژي-

در اين پژوهش، به سنتز و بررسي خواص فوتوكاتاليستي كامپوزيت‌هاي g-C3N4/TiO2 تهيه شده با استفاده از روش سنتز احتراق محلولي پرداخته مي‌شود كه با هدف بهبود خواص فوتوكاتاليستي اكسيد تيتانيوم و كربن نيتريد گرافيتي تحت نور مرئي با سنتز كامپوزيت g-C3N4/TiO2 انجام پذيرفت و اثر سوخت‌هاي سيتريك اسيد، گلايسين و اوره بر سنتز مورد مطالعه قرار گرفت. در ابتدا، كربن نيتريد گرافيتي از پيش ماده ملامين به روش تجزيه حرارتي سنتز شد و از كربن نيتريد گرافيتي در كنار سوخت‌هاي مختلف و تترابوتيل ارتوتيتانات به‌عنوان پيش ماده اكسيد تيتانيوم استفاده شد تا كامپوزيت g-C3N4/TiO2 با نسبت وزني 1:9 كربن نيتريد گرافيتي به اكسيد تيتانيوم توسط روش سنتز احتراق محلولي تهيه شود. اثر سوخت‌هاي سيتريك اسيد، گلايسين و اوره و مخلوط آن‌ها بر روي كامپوزيت‌هاي g-C3N4/TiO2 توسط الگوي پراش پرتو ايكس(XRD) ، ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني (FESEM)، طيف‌سنجي رامان (Raman)، محاسبه ميزان سطح ويژه (BET)، طيف‌سنجي بازتابي نفوذي (DRS)، طيف‌سنجي جذبي فرابنفش- مرئي (UV-Visible) و طيف‌سنجي فوتولومينسانس (PL) مورد بررسي قرار گرفت. براي سنجش فعاليت فوتوكاتاليستي نمونه‌ها از آزمون تخريب فوتوكاتاليستي رنگ‌دانه آلي متيلن بلو استفاده شد كه بر اساس نتايج به‌دست‌آمده، فعاليت فوتوكاتاليستي نمونه بهينه كامپوزيت g-C3N4/TiO2 تهيه شده با مخلوط سوخت‌هاي سيتريك اسيد و اوره (min-10486/0k=) بهبود 5 و 38 برابري به ترتيب نسبت به كربن نيتريد گرافيتي (min-10097/0k=) و اكسيد تيتانيوم (min-10012/0k=) پس از يك ساعت تابش نور مرئي را نشان مي‌دهد. بهبود حاصل شده را به افزايش ميزان سطح ويژه 4 برابري نمونه كامپوزيتي (m2.g-1 505/52) نسبت به كربن نيتريد گرافيتي ( m2.g-1955/12) و كاهش قابل‌توجه شدت بازتركيب جفت‌هاي الكترون - حفره در كنار كاهش شكاف باند نمونه كامپوزيت بهينه با مخلوط سوختي سيتريك اسيد و اوره (eV 57/2( به نسبت كربن نيتريد گرافيتي (eV 67/2) نسبت داد. همچنين، در مطالعه ديگر به تخريب فوتوكاتاليستي رنگ‌دانه‌هاي آلي متيل اورانژ و رودامين بي توسط نمونه بهينه پرداخته شد كه ميزان تخريب متيلن بلو، رودامين بي و متيل اورانژ به ترتيب ميزان 96، 91 و 61 درصد پس از دو ساعت تابش مرئي بود.

1401/08/28

Synthesis and investigation of photocatalytic properties of g-C3N4/TiO2 composite

9/20/2023 12:00:00 AM

In this research, the synthesis and investigation of the photocatalytic properties of g-C3N4/TiO2 composites prepared using via solution combustion synthesis method were done for the first time to improve the photocatalytic properties of titanium oxide and graphitic carbon nitride under visible light in the g-C3N4/TiO2 composite and effects of citric acid, glycine and urea fuels were investigated. At first, graphitic carbon nitride was synthesized from melamine precursor by thermal decomposition method, and graphitic carbon nitride was used along with different fuels and tetrabutyl orthotitanate as titanium oxide precursor to produce g-C3N4/TiO2 composite with a weight ratio of 1:9 titanium oxide to graphitic carbon nitride is prepared by solution combustion synthesis method. The effect of citric acid, glycine and urea fuels and their composition on g-C3N4/TiO2 composites by X-ray diffraction pattern (XRD), field emission scanning electron microscope (FESEM), Raman spectroscopy, calculation of specific surface area (BET), Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS), Ultraviolet-Visible Absorption Spectroscopy (UV-Visible) and Photoluminescence Spectroscopy (PL) were investigated. To measure the photocatalytic activity of the samples, the photocatalytic degradation of methylene blue organic dye was used and based on the obtained results, the photocatalytic activity of the optimal g-C3N4/TiO2 composite sample prepared with a mixture of citric acid and urea fuels (min=0.10486) improved 5 And 38 times more than graphitic carbon nitride (min=0.10097K) and titanium oxide (min=0.10012K) after one hour under visible light irradiation. The improvement achieved is attributed to the increase of the specific surface area of the composite sample (52.505 m2.g-1) by 4 times compared to graphitic carbon nitride (12.1955 m2.g-1) and a significant reduction in the recombination intensity of electron-hole pairs along with the reduction of the gap. The band of the optimal composite sample with a fuel mixture of citric acid and urea (2.57 eV) was attributed to the ratio of graphitic nitride carbon (2.67 eV). In another study, the photocatalytic degradation of organic pigments methyl orange and rhodamine B by the optimal sample was investigated. The results showed a lower photocatalytic degradation than the photocatalytic degradation of methylene blue by the optimal sample.

خواص فوتوكاتاليستي , ساختار ناهمگن , كامپوزيت , كربن نيتريد گرافيتي , اكسيد تيتانيوم , سنتز احتراق محلولي

photocatalytic properties , heterojunction structure , composite , graphite carbon nitride , titanium oxide , Solution combustion synthesis

Sina Delafrooz

Dr. Hashemi Niyasari