Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Ranjbar,Hadi Salamati mashhad
مهدی رنجبر (استاد راهنما) هادی سلامتی مشهد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Farnaz Delalat
فرناز دلالت

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Investigation of gasochromic and photochromic properties in colloidal nanoparticles of molybdenum oxide by anodizing method
This study consists of three parts; 1-synthesize of molybdenum oxide nanosheets, 2-decolorization of blue colloidal solution by PdCl 2 solution and 3-study of gasochromic and photochromic properties of decolorized colloidal solutions. In the first part of thesis, blue colloidal solutions of molybdenum oxide were prepared using a simple electrochemical anodizing of molybdenum foils in an electrolyte composed of 0.02 M HCl. Structure, chemical and optical properties of the colloidal nanoparticles were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Transmission Electron Microscopy (TEM), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), Furrier Transform Infrera-Red (FTIR) spectroscopy, X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS) and UV-Vis spectroscopy. XRD revealed that the as-prepared nanoparticles are amorphous. TEM images showed the presence of nanosheets of irregular shapes in the colloidal solutions. XPS spectra of Mo3d confirmed coexistence of Mo 5+ and Mo 6+ oxidation states. The optical absorption spectra of the initial blue colloidal nanosheets displayed a large absorption peak at 600-1100 nm wavelength range. Each spectrum could be de-convoluted into four distinct absorption peaks centered at 1.2, 1.4, 1.6 and 1.9 eV. At the second part, we observed for the first time that by addition PdCl 2 solution into the initial blue color colloids they became colorless. The do-colorization time was depended on Pd:Mo molar ratio and vary from few minutes to several days. Comparision of XRD of as-prepared and Pd-MoO 3 samples after annealing at 500 °C showed that a preferential growth along (0k0) peaks which gives rise to change in aspect ratio of crystalline particles. TEM revealed a significant increase in the average size of nanoparticles. XPS revealed reduction of Mo 5+ concentration in Pd-MoO 3 sample that the decolorization can be linked to reduce in Mo 5+ oxidation state. In the last section, we examined the gasochromic and photochromic properties of decolorized samples. For gasochromic investigations, the decolorized solutions were exposed to bubbling diluted hydrogen (10%H 2 /90%Ar) gas. The samples display a strong coloration from traarent to blue. Moreover, for photochromic investigations traarent samples were exposed to UV pulsed laser irradiation. A considerable coloration was observed upon laser irradiation. Based on the fact that NIR absorption peaks of gasochromic and photochromic coloration are almost similar to that of initial blue samples, some physical descriptions based on small polaron theory and inter-band transition were given.
این پژوهش متشکل از سه بخش است. 1- ساخت نانوورقه های اکسید مولیبدن 2-تاثیر رنگ بری محلول پالادیم کلراید بر محلول های کلوئیدی آبی رنگ 3- مطالعه خاصیت گازوکرومیک و فوتوکرومیک نمونه های شفاف شده. در بخش اول این پژوهش، محلول های کلوئیدی آبی رنگ نانوذرات اکسید مولیبدن با استفاده از روش آسان آندایزینگ الکتروشیمیایی دو ورقه مولیبدن درون الکترولیت M HCl 02/0 تهیه شدند. خواص ساختاری، شیمیایی و اپتیکی نانوذرات با استفاده از آنالیزهای پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM)، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR)، اسپکتروسکوپی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) وطیف سنجی UV-Vis مشخصه یابی شدند. XRD ساختار آمورف نمونه اولیه را نشان می دهد. همچنین از تصاویر TEM نمونه اولیه حضور نانوورقه های اکسید مولیبدن با اشکال بی قاعده دیده می شود. XPS حضور همزمان حالت های اکسیدی Mo 5+ و Mo 6+ در نمونه اولیه را تایید می کند. طیف جذب اپتیکی نمونه اولیه نشان دهنده باند جذبی پهن در محدوده nm 1100-600 می باشد که متشکل از چهار باند جذبی مجزا در موقعیت های 2/1، 4/1، 6/1 و eV 9/1 است. در بخش دوم با افزودن پالادیم کلراید به محلول های کلوئیدی برای اولین بار مشاهده کردیم که فرایند رنگزدایی اتفاق می افتد. زمان بی رنگ شدن مشاهده شده، بسته به نسبت های مولی Pd:Mo می تواند از چند دقیقه تا چند روز طول بکشد. مقایسه XRD نمونه اولیه و نمونه Pd-MoO 3 پس از پخت در دمای °C 500 رشد ترجیحی صفحات (0k0) را در نمونه Pd-MoO 3 نشان می دهد که منجر به تفاوت در نسبت ابعادی ذرات کریستالی شده است. نتایج TEM مربوط به نمونه های Pd-MoO 3 افزایش قابل توجهی در اندازه نانوذرات را نشان داد. XPS کاهش غلظت Mo 5+ در نمونه Pd-MoO 3 با نسبت مولی 1:10=Pd:Mo در مقایسه با نمونه اولیه را نشان می دهد که دلیل بی رنگ شدن محلول ها را می توان به کم شدن حالت اکسیدی Mo 5+ ارتباط داد. در بخش آخر خاصیت گازوکرومیک و فوتوکرومیک نمونه های شفاف شده توسط محلول پالادیم کلراید را مورد بررسی قرار دادیم. به منظور بررسی خاصیت گازوکرومیک، نمونه های شفاف شده توسط پالادیم کلراید را در حضور گاز هیدروژن رقیق شده قرار دادیم و تغییر رنگ قابل توجهی از حالت شفاف به حالت آبی تیره ای مشاهده شد. همچنین به منظور بررسی خاصیت فوتوکرومیک، نمونه های شفاف شده از طریق تابش پالس های لیزر اگزایمر قرار گرفتند و متعاقباً تغییر رنگ مشابهی مشاهده شد. بر طبق این مشاهده که طیف های جذبی نمونه های رنگی شده در نتیجه خاصیت گازوکرومیک و فوتوکرومیک و نمونه آبی اولیه تقریباً مشابه بودند، سعی شد برای پدیده های مشاهده شده مکانیسم های فیزیکی بر اساس مدل پلارون های کوچک و انتقال بین نواری ارایه شود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی