بررسی تاثیر دما در تهیه دی اکسید تیتانیم نانومیله روتایل به روش هیدروترمال جهت کاربردهای فوتوکاتالیستی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 پژوهشکده رنگ و پلیمر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 پژوهشکده رنگ و پلیمر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

با توجه به اهمیت استفاده از نانوساختارهای آرایش یافته تک بعدی از لحاظ انتقال بهتر الکترون، در این پژوهش تلاش شد تا عامل مهم و تاثیرگذار دما در راستای تهیه نانومیله‌های دی اکسید تیتانیم روتایل به روش هیدروترمال مورد بررسی قرار گیرد. تهیه نانوساختارها در سه سطح دمایی 125، 150 و 175 درجه سانتی‌گراد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون­های پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف‌سنجی UV-Vis نشان داد با افزایش دما، میزان بلورینگی و اندازه بلورک­ها افزایش یافته و هم­چنین طول و تا حدی قطر نانومیله­ها نیز با افزایش دما افزایش می‌یابد بدین صورت که طول نانومیله تهیه شده در دمای 125 درجه سانتی­گراد در حدود 500 نانومتر بوده و این مقدار برای نانومیله­های تهیه شده در دمای 175 درجه سانتی­گراد به 1.7 میکرون می­رسد. طبق نتایج واکنش تخریب با متیلن آبی، با افزایش طول نانومیله­ها، میزان فعالیت فوتوکاتالیستی افزایش می­یابد اما عملکرد نانومیله­ها کاهش می­یابد. همچنین نمودار­های جذب در طول موج­های مختلف حاکی از آن است که نانومیله­ها تنها در ناحیه UV دارای جذب بوده و با افزایش طول موج جذب همه نمونه­ها کاهش خواهد یافت و شکاف انرژی نمونه­های به دست آمده در هر سه سطح دمایی، نزدیک به ev 3 می‌باشد. با درنظر گرفتن مشخصه­های فوتوکاتالیستی و فوتوفیزیکی بهترین دما جهت رسیدن به نانومیله­هایی با عملکرد بالا، 150 درجه سانتی­گراد می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Temperature in Hydrothermally Rutile TiO2 Nanorod Synthesis for Photocatalytic applications

نویسندگان [English]

  • A. Baghaei 1
  • A.A. Sabbagh alvani 2
  • H. Sameie 2
  • R. Salimi 3
1 Faculty of Polymer and Paint Engineering, Amir Kabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Research Institute of Paint and Polymer, Amir Kabir University of Technology, Tehran, Iran
3 Faculty of Paint and Polymer Engineering, Amir Kabir University of Technology
چکیده [English]

In this article, role of temperature in rutile TiO2 nanorod synthesis by hydrothermal method was investigated due to one-dimensional oriented nanostructures application importance. Synthesis was studied at three level of temperatures such as 125, 150 and 175 ºC. The result of XRD, SEM and UV-Visible tests showed that crystallinity and crystallite size would increase in order to increment temperature, furthermore, the length and partly diameter of nanorods would enhance when temperature increased. Indeed, the length of nanorod at 125 ºC was about 0.5 microns, however, at 175 ºC was 1.7 microns. Moreover, photocatalytic activity of nanorods by measurement the degradation of methylene blue would increase but the efficiency would decrease when the temperature enhanced. Absorption diagram at different wavelengths demonstrated that the synthesized TiO2 nonarods had no absorption in UV region and also absorption decreased at higher wavelengths. The band gap for all samples were near 3 ev. The optimum temperature for reaching to best efficiency was 150 ºC. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanostructures
  • Titanium dioxide
  • Hydrothermal
  • photocatalyst
  • nanorod
  1. X. Wei, J. Liu, Y. Z. Chua, J. Song, X. W. Liuet, Fabrication of O (dye)-terminated Anatase TiO2 Nanosheets for Dye Sensitized Solar Cells. Energy Environ. Sci., 4(2011), 2054.
  2. R. Govidaraj, M. S. Pandian, P. Ramasamy, S. Mukhopadhyay, Sol–gel Synthesized Mesoporous Anatase Titanium Dioxide Nanoparticles for Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) Applications. Bull. Mater. Sci., 38 (2015), 291–296.
  3. م. قراگوزلو، ی. گنج خانلو، تهیه پوشش‌های دی‌اکسید تیتانیم الاییده شده با آهن به روش پوشش‌دهی چرخشی پیش‌ماده پلیمری و بررسی فعالیت فوتوکاتالیزوری آنها تحت تابش نور مرئی. نشریه علمی پژوهشی علوم و فناوری رنگ. (1391)6 ، 319-313.
  4. Y. Xu, M. Schoonen, The absolute energy positions of conduction and valence bands of selected semiconducting minerals. Am. Miner., 85(2000), 543-556.
  5. D. O. Scanlon, Charles W. Dunnill, J. Buckeridge, S. A. Shevlin, A. J. Logsdail, S. M. Woodley, C. Richard, A. Catlow, M. J. Powell, Robert G. Palgrave, I. P. Parkin, G. W. Watson, T. W. Keal, P. Sherwood, A. Walsh, A. Sokol, Band Alignment of Rutile and Anatase TiO2. Nature Mater. 12(2013), 798–801.
  6. Y. Yu, D. Xu, Single-crystalline TiO2 Nanorods: Highly Active and Easily Recycled Photocatalysts. Appl. Catal. B. 73(2007), 166–171.
  7. O. Regan, M. Grätzel, A Low-Cost, High-Efficiency Solar Cell Based on Dye- sensitized Colloidal TiO2 Films. M. Nature (London), 353(1991), 737-740.
  8. Q. Jiang, X. Sheng, Y. Li, X. Feng, T. Xu, Rutile TiO2 Nanowires Perovskite Solar Cells. Royal Soc. Chem. (2014), 1-3.
  9. A. Fakharuddin, F. Di Giacomo, A. L. Palma, F. Matteocci, I. Ahmed, S. Razza, A. D Epifanio, S. Licoccia, J. Ismail, A. Di Carlo, T. M. Brown, R. Jose, Vertical TiO2 Nanorods as a Medium for Durable and High Efficiency Perovskite Solar Modules. ACS Nano, 9 (2015), 8420–8429.
  10. S. Dharani, H. Kumar Mulmudi, N. Yantara, P. Thi Thu Trang, N. Gyu Park, M. Graetzel, S. Mhaisalkar, N. Mathews, P. P. Boix, High Efficiency Electrospun TiO2 Nanofiber Based Hybrid Organic–inorganic Perovskite Solar cell. Royal Soc. Chem. Nanoscale, (2014), 1675–1679.
  11. S .S. Mali, C. Su Shim, H. Kyung Park, J. Heo, P. S. Patil, C. Kook Hong, Ultrathin Atomic Layer Deposited TiO2 for Surface Passivation of Hydrothermally Grown 1D TiO2 Nanorod Arrays for Efficient Solid State Perovskite Solar Cells. Chem. Mater., (2015).
  12. S. H. Kang, S. H. Choi, M. S. Kang, J. Y. Kim, H. S. Kim, T. Hyeon, Y. E. Sung, Nanorod-Based Dye-Sensitized Solar Cells with Improved Charge Collection Efficiency. Adv. Mater. 20(2008), 54–58.
  13. A. Kumar, K. Li, A. R. Madaria, C. Zhou. Sensitization of Hydrothermally Grown Single Crystalline TiO2 Nanowire Array with CdSeS Nanocrystals for Photovoltaic Applications. Nano Res., 4(2011), 1181–1190.
  14. R. Jenkins, R. L. Snyder, Introduction to X-ray powder diffractometry. John Wiley & Sons, 267, (2012).
  15. M. N. Rahaman, Ceramic processing, Wiley Online Library, (2006).
  16. J. D. Ng, B. Lorber, J. Witz, A. Théobald Dietrich, D. Kern, R. Giegé, The Crystallization of Biological Macromolecules from Precipitates: Evidence for Ostwald Ripening. J. Crystal Growth. 168(1996), 50-62.
  17. Y. Li, M. Guo, M, Zhang, X. Wang, Hydrothermal synthesis and characterization of TiO2 nanorod arrays on glass substrates. Mater. Res. Bull. 44(2009), 1232–1237.
  18. H. Huang, L. Pan, C. Keat Lim, H. Gong, J. Guo, M. Siu Tse, O. Kiang Tan, Hydrothermal Growth of TiO2 Nanorod Arrays and In Situ Conversion to Nanotube Arrays for Highly Efficient Quantum Dot-Sensitized Solar Cells. Small, 9(2013), 3153–3160.
  19. L. Meng, H. Chen, C. Li, M.P.dos Santos, Preparation and characterization of dye-sensitized TiO2 nanorod solar cells. Thin Solid Films. 577(2015), 103–108.