-
شماره ركورد
30387
-
پديد آورنده
نازنين جلاليان كارآزموده
-
عنوان
ايجاد لايه نازك اكسيد مس به روش مگنترون اسپاترينگ و بررسي ساختار و عملكرد فوتوكاتاليستي آن در حضور افزودني روي
-
مقطع تحصيلي
دكتري
-
رشته تحصيلي
مهندسي مواد
-
سال تحصيل
1397
-
تاريخ دفاع
1402/8/30
-
استاد راهنما
دكتر سلطانيه
-
استاد مشاور
دكتر هاشمي
-
دانشكده
مواد
-
چكيده
با توسعه فوتوكاتاليست‌ها، اكسيد فلزات واسطه جهت حذف موثر آلاينده‌هاي زيستي مورد توجه ويژه‌اي قرار گرفتند. در اين پژوهش لايه نازك اكسيد مس داراي افزودني روي به روش مگنترون اسپاترينگ واكنشي هم‌زمان بر زيرلايه از جنس شيشه سودالايم ايجاد شد. به منظور به دست آوردن نمونه بهينه از نظر بالاترين بازدهي و سرعت در تجزيه فوتوكاتاليستي متيلن بلو، ابتدا لايه نشاني فيلم اكسيد مس در فشارهاي جزئي مختلف اكسيژن (20%، 30%، 40% و 50%) انجام شد. سپس توان W 10 تا W 40 جهت ورود مقادير مختلف روي به منبع تغذيه RF اعمال شد. در اين بررسي از آزمون‌هاي پراش پرتوي ايكس (XRD, GIXRD)، طيف سنجي رامان (Raman)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FESEM)، فلورسانس پرتوي ايكس (XRF)، ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، فوتو الكترون پرتوي ايكس (XPS)، اندازه‌گيري زاويه تماس، امپدانس الكتروشيميايي (EIS)، فوتولومينسانس (PL) و طيف سنجي بازتابي نفوذي (DRS) استفاده شد. هم‌چنين پايداري لايه‌هاي اكسيدي در چرخه‌هاي متوالي فوتوكاتاليستي مورد بررسي قرار گرفت. بررسي XRD و رامان بيانگر ايجاد دو فاز CuO و Cu2O در نمونه اكسيد مس لايه نشاني شده در فشار جزئي اكسيژن 20% و ايجاد تكفاز CuO در فشارهاي 30%، 40% و 50% بود. تجزيه متيلن بلو از واكنش خطي شبه مرتبه اول تبعيت مي‌كرد. حداكثر بازدهي و ثابت سرعت تجزيه فوتوكاتاليستي در نمونه لايه نشاني شده در فشار جزئي 40% با تنظيم pH محيط در 8 برابر 70% و (h-1) 279/0 حاصل شد. سپس افزودني روي با نسبت كاتيوني (Zn2+/Zn2++Cu2+) 007/0 تا 039/0 به اكسيد مس افزوده شد كه در نتيجه آن، پيك جديدي در XRD و رامان ظاهر نشد. هم‌چنين طيف XPS نمونه داراي روي، حضور گونه‌هاي Cu2+ و Zn2+ در اين لايه را تاييد مي‌كند. بررسي تصاوير AFM بيانگر كاهش زبري سطحي از nm 04/11 در نمونه بدون افزودني تا nm 57/3 در نمونه داراي بالاترين ميزان افزودني روي است. در تصاوير FESEM از سطح تمامي نمونه‌ها دانه‌هاي نيمه كروي با توزيع نسبتا همگن مشاهده شد. با افزايش فشار جزئي اكسيژن از 20% تا 40% در نمونه‌هاي اكسيد مس در حين لايه نشاني، اندازه متوسط دانه‌ها از nm 110 به nm 68 كاهش يافت. بر اساس نتايج EIS، با افزايش نسبت كاتيوني روي تا 026/0 ميزان مقاومت انتقال بار نسبت به نمونه بدون افزودني كاهش يافت. طيف فوتولومينسانس در تمامي نمونه‌ها داراي يك پيك نشر در nm 430 مربوط به نشر مجاور لبه باند بود. شدت اين پيك در نمونه‌هاي با نسبت كاتيوني روي 007/0 و 02/0 به نسبت نمونه اكسيد مس بدون روي كاهش و بعد از اين مقدار افزايش يافت. با افزودن روي به اكسيد مس، حداكثر بازدهي و ثابت سرعت تجزيه در نمونه با نسبت كاتيوني روي 02/0 به ترتيب برابر 82% و (h-1) 405/0 به دست آمد. اجزاي فعال شركت‌كننده در واكنش‌هاي فوتوكاتاليستي با آزمون رباينده‌ها مورد بررسي قرار گرفتند و نتيجه بيانگر نقش موثر الكترون و نقش جزئي حفره در فرايند تجزيه فوتوكاتاليستي بود.
-
تاريخ ورود اطلاعات
1402/11/01
-
عنوان به انگليسي
Fabrication of copper oxide thin film by magnetron sputtering and investigation of the Zn dopant impact on the structure and photocatalytic behavior
-
تاريخ بهره برداري
11/20/2024 12:00:00 AM
-
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
نازنين جلاليان كارآزموده
-
چكيده به لاتين
In this study, thin films of pure and zinc (Zn) doped copper oxides were successfully deposited on a glass substrate via reactive magnetron sputtering at varying Zn concentrations. The effects of oxygen/argon ratio and dopant dosage on the structure, morphology, topography, and behavior of of films were studied. In this regard, grazing incident X-ray diffraction (GIXRD), field emission scanning electron microscope (FESEM), X-ray flouresence (XRF), atomic force microscope (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), contact angle (CA), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), scavengers and recyclability tests were performed to evaluate the prepared thin films. In addition, the impact of heat treatment at 300 ºC, and 400 ºC on the microstructure and phase transformation was studied. The GIXRD pattern of the Zn-doped sample showed the formation of CuO without altering its monoclinic structure. XPS spectra indicated the presence of Cu2+ and Zn2+ oxidation states, which means the successful substitution of Zn2+ at Cu2+ sites in the CuO lattice. By increasing the applied RF power from 10 to 40 W, the cationic ratio (Zn/Zn+Cu) increased from 0.007 to 0.039. AFM analysis figured out the decrease of surface roughness from 11.04 nm in the undoped sample to 3.57 nm in the highly Zn-doped sample. In FESEM images, semi-spherical particles with uniform distribution were observed. By increasing the oxygen partial pressure from 20% to 40% in undoped samples, the average grain size was reduced from 110 to 68 nm, but doping by Zn did not affect the grain size significantly. Based on EIS results, increasing the Zn cation dopant up to 0.026 led to a decrease in the charge resistance transfer compared to the undoped CuO. Active species involved in the photocatalytic reactions were investigated via a scavenger test. The photocatalytic mechanism of the Zn-doped thin films was suggested and discussed.
-
كليدواژه هاي فارسي
لايه نازك , اكسيد مس , مگنترون اسپاترينگ واكنشي , افزودني روي , رفتار فوتوكاتاليستي
-
كليدواژه هاي لاتين
Thin film , Copper oxide; , Reactive magnetron sputtering; , Zn dopant; , Photocatalytic behavior
-
Author
nazanin jalalian karazmoudeh
-
SuperVisor
mansour soltanieh
-
لينک به اين مدرک :
