Skip to main content
SUPERVISOR
Mohamad mohsen Momeni hamaneh,Youseff Ghayeb
محمدمحسن مومنی هامانه (استاد راهنما) یوسف غایب (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farzaneh Ezzati
فرزانه عزتی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Preparation and characterization of CrTiO2 nanotubes modified with Fe2O3-WO3 and CuO-WO3 and study of their optical and photocatalytic properties
Development of clean and renewable energy sources is very important issue to tackle the environmental problems. The process of photocatalytic water splitting for producing hydrogen under sun light radiation is one of the most valuable techniques to create renewable energy sources. Among the various semiconductors, due to special properties such as high stability and environmental friendly, titanium dioxide has required properties for practical applications and its use in the industry. However, due to being active in the range of UV light and low mobility of electrons, it is limited for large-scale application. By doping titanium dioxide with various elements or combination with other semiconductors, this problem can be solved. In this project, using simple and easy methods this work was done. In the first step, by in-situ anodizing Cr doping of TiO 2 with concentration of (0.005M), CrTiO 2 nanotubes were prepared. In the next step by chemical bath deposition, coating of Fe 2 O 3 -WO 3 and CuO-WO 3 with different molar ratios was prepared on the surface of CrTiO 2 nanotubes. The morphology, structure and optical properties of prepared samples was investigated by FE-SEM, XRD, EDX and UV-visible techniques. The presence of chromium, iron, tungsten and copper in nanotubes and reduce the band gap using this techniques was confirmed. Then the effect of quantity and ratio of these compounds on the photoelectrocatalytic activity of prepared samples was evaluated by LSV and CA techniques. The results showed that the photoelectrocatalytic performance of CrTiO 2 nanotubes modified with both groups, compared with pure TiO 2 and bare CrTiO 2 , increased considerably. In iron-tungsten group CT 6 photoanode revealed highest photocurrent, maximum hydrogen production, excellent stability and reusability and it was selected as the optimum sample. In copper-tungsten group results indicated lower photoelectrocatalytic performance that because of more coated nanotubes with copper particles for 30 minutes, but this performance has been improved with decreasing deposition time. In this group CT 12 photoanode was chosen optimum samples with the highest photocurrent, maximum hydrogen production, good stability. In general, CrTiO 2 nanotubes modified with Fe 2 O 3 -WO 3 revealed more photoelectrocatalytic performance compared to CrTiO 2 nanotubes modified with CuO-WO 3 . This project provided a facile way with high efficiency for the synthesis of modified titanium dioxide nanotubes for application in solar energy conversion. New photoanodes have more potential for implementation on the large scale and industry to generate hydrogen as a clean energy due to the excellent photocatalytic activity and stability.
توسعه منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر یک موضوع بسیار مهم برای مقابله با مشکلات زیست محیطی می باشد. فرآیند شکافت فوتوکاتالیستی آب به منظور تولید هیدروژن تحت تابش نور خورشید، یکی از ارزشمندترین روش‌ها برای ایجاد منابع انرژی تجدید پذیر می باشد. از میان نیمه‌هادی‌های مختلف، دی‌اکسید‌تیتانیوم به دلیل خواص ویژه از جمله پایداری زیاد و سازگار بودن با محیط زیست، ویژگی های مورد نیاز برای کاربردهای عملی و استفاده در صنعت را دارد. اما با توجه به فعال بودن در محدوده نور UV و تحرک کم الکترون‌ها برای کاربرد در مقیاس های وسیع محدودیت دارد. این مشکل را می توان با دوپ کردن عناصر مختلف و یا ترکیب کردن با سایر نیمه‌هادی‌ها حل کرد. در این پژوهش با روش های ساده و آسان این عمل انجام شد. در مرحله اول از طریق دوپ همزمان کروم با غلظت (M 005/0) به روش آندایزینگ همزمان، نانولوله‌های CrTiO 2 تهیه شد. در مرحله بعد از طریق روش رسوب شیمیایی حمامی، پوششی از نانوذرات Fe 2 O 3 -WO 3 و CuO-WO 3 با نسبت‌های مولی مختلف بر روی سطح نانولوله های CrTiO 2 تهیه شد. مورفولوژی، ساختار و خواص نوری نمونه‌های تهیه شده توسط تکنیک‌های FE-SEM،XRD، EDX و UV-Visible مورد بررسی قرار گرفت. حضور عناصر کروم، آهن، تنگستن و مس در نانولوله‌ها و کاهش شکاف باند با این تکنیک‌ها تأیید شد. سپس، اثر مقدار و نسبت این ترکیبات روی فعالیت فوتوالکتروکاتالیستی نمونه‌های تهیه شده توسط تکنیک LSV و CA مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نانولوله‌های CrTiO 2 اصلاح شده با هر دو گروه در مقایسه با عملکرد فوتوالکتروکاتالیستی نانولوله‌های TiO 2 خالص و CrTiO 2 بدون پوشش بطور قابل توجهی افزایش یافته است. فوتوآند CT 6 در گروه آهن-تنگستن، بالاترین جریان نوری، بیشترین تولید هیدروژن، پایداری و قابلیت بازیابی خوبی نشان داد و به عنوان نمونه بهینه انتخاب شد. در گروه مس-تنگستن نتایج نشان داد که به دلیل پوشش‌دهی بیشتر نانولوله‌ها توسط ذرات مس در مدت زمان 30 دقیقه، عملکرد فوتوالکتروکاتالیستی کمتر می شود اما با کاهش مدت زمان رسوب‌دهی این عملکرد بهبود یافته است. در این گروه فوتوآند CT 12 با بالاترین جریان نوری، بیشترین تولید هیدروژن و پایداری خوب، نمونه بهینه انتخاب شد. در حالت کلی نانولوله‌های CrTiO 2 اصلاح شده با Fe 2 O 3 -WO 3 عملکرد فوتوالکتروکاتالیستی بیشتری در مقایسه با نانولوله‌های CrTiO 2 اصلاح شده با CuO-WO 3 نشان دادند. این پژوهش، با تهیه نانولوله‌های دی‌اکسیدتیتانیوم اصلاح شده یک روش ساده باکارآیی بالا برای استفاده در تبدیل انرژی خورشیدی فراهم می‌کند. فوتوآندهای جدید به دلیل فعالیت فوتوکاتالیستی و پایداری بسیارخوب، پتانسیل بیشتری برای عملی شدن در مقیاس های وسیع و صنعت را به منظور تولید هیدروژن به عنوان انرژی پاک دارند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی