بهینه‌سازی عوامل مؤثر بر الکتروبرنشانی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیم به روش سطح پاسخ برای تهیه فیلم‌های متخلخل و بارگذاری ماده رنگزای N719

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه پژوهشی پوشش‌های سطح و خوردگی، پژوهشگاه رنگ، تهران، ایران، صندوق‌پستی: 654- 16765

2 گروه پژوهشی مواد رنگزای آلی، پژوهشکده مواد رنگزا، پژوهشگاه رنگ، تهران، ایران، صندوق‌پستی: 654- 16765

10.30509/jcst.2026.167883.1295

چکیده

هدف پژوهش، بررسی هم‌زمان اثر زمان لایه‌نشانی، چگالی جریان، نوع الکل و نوع نانوذرات TiO2 بر تشکیل فیلم‌های متخلخل و بارگذاری نسبی رنگزای N719 با روش سطح پاسخ بود. نانوذرات P25 و P90 در متانول، اتانول و ایزوپروپانول به روش الکتروبرنشانی در جریان ثابت لایه‌نشانی شدند. طراحی D-optimal شامل 27 آزمایش بود و جرم برنشسته، ضخامت، چگالی ظاهری فیلم و جذب نوری N719 واجذب‌شده بررسی شدند. مدل برهم‌کنش دو عاملی برای جرم و ضخامت با R² برابر 98/0 و 8914/0 و مدل خطی برای چگالی و جذب نوری با R² برابر 8559/0 و 7379/0 مناسب بود. زمان لایه‌نشانی تنها عامل معنی‌دار در همه پاسخ‌ها بود و P90 جذب N719 بیشتری نشان داد. شرایط بهینه پیش‌بینی‌شده، 180ثانیه، میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع 2/77 ، اتانول و P90 با مطلوبیت 75/0 بود. جرم برنشسته 299/0 میلی‌گرم، ضخامت µm 25، چگالی g cm-3 024/0 و جذب نوری 110/0 پیش‌بینی شد. تصاویر SEM یک نمونه نماینده P25 ساختار متخلخل همراه با ریزترک را نشان دادند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of Factors Affecting the Electrodeposition of Titanium Dioxide Nanoparticles Using Response Surface Methodology for the Preparation of Porous Films and N719 Dye Loading

نویسندگان [English]

  • Zahra Ranjbar 1
  • Milad Hejab 1
  • Shohre rouhani 2
1 Department of Surface Coating and Corrosion, Institute for Color Science and Technology, P. O. Box: 167654-654, Tehran, Iran
2 Department of Organic Colorants, Institute for Color Science and Technology, P. O. Box: 16765-654, Tehran, Iran
چکیده [English]

This study evaluated the simultaneous effects of deposition time, current density, alcohol type, and TiO₂ nanoparticle type on porous TiO₂ film formation and relative N719 dye loading using response surface methodology. Commercial P25 and P90 nanoparticles were electrophoretically deposited under constant-current conditions from methanol, ethanol, and isopropanol suspensions. A D-optimal design comprising 27 experiments was used, with deposited mass, film thickness, apparent film density, and absorbance of desorbed N719 as responses. Two-factor interaction models described deposited mass and thickness (R² = 0.9800 and 0.8914), whereas linear models fitted film density and N719 absorbance (R² = 0.8559 and 0.7379). Deposition time significantly affected all responses, while P90 showed higher N719 adsorption. The model-predicted optimum was 180 s, 2.77 mA cm⁻², ethanol, and P90, with a desirability of 0.75. Predicted responses were 0.299 mg deposited mass, 25 µm thickness, 0.024 g cm⁻³ density, and 0.110 N719 absorbance. SEM images of a representative P25 film revealed a porous structure containing microcracks.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electrodeposition Titanium dioxide N719 dye Porous film Dye
  • sensitized solar cell

مراجع

  1. Hosseinnezhad M, Gharanjig K, Ghahari M, Fathi M. Investigation of the effect of semiconductor and counter electrode on the efficiency of dye-sensitized solar cells. J Color Sci Tech. 2024;18(3):181–190. https://doi.org/10. 30509/jcst.2024.167373.1238. [In Persian].
  2. Qamar S, Erten-Ela S. Dye-sensitized solar cells (DSSC): Principles, materials and working mechanism. Curr Opin Colloid Interface Sci. 2024;74:101871. https://doi.org/10. 1016/j.cocis.2024.101871.
  3. Ashrafuzzaman M, Kalam A, Al-sehemi A, Yadav P. A review of photoanode materials, challenges, and outlook of dye-sensitized solar cells. J Power Sources. 2025;638: 236636. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.236636.
  4. Lana GM, Bello IT, Adedokun OM, Adenigba VO, Jubu PR, Adedokun O, et al. One-dimensional TiO₂ nano-composite-based photoanode for dye-sensitized solar cells: A review. Sol Energy. 2024;279:112850. https://doi.org/10. 1016/j.solener.2024.112850.
  5. Addae EA, Sitek W, Szindler M, Atioyire E. Defect, morphology, and interface engineering of TiO₂ in dye-sensitized solar cells: Recent progress and perspectives. Coatings. 2026;16(7):786. https://doi.org/10.3390/coatings 16070786.
  6. Azari R, Boccaccini AR. Chitosan-based bioactive composite coatings on Ti alloys by electrophoretic deposition (EPD). In: Zieliński A, Moskalewicz T, Boccaccini AR, editors. Surface Modifications of Titanium and Its Alloys for Biomedical Applications. Boca Raton: CRC Press; 2026. 226–254. https://doi.org/10.1201/9781003527879-10.
  7. Cabanas-Polo S, Boccaccini AR. Electrophoretic deposition of nanoscale TiO₂: Technology and applications. J Eur Ceram Soc. 2016;36(2):265–283. https://doi.org/10.1016/j. jeurceramsoc.2015.05.030.
  8. Navidpour AH, Xu B, Ahmed MB, Zhou JL. Immobilization of TiO₂ and ZnO by facile surface engineering methods to improve semiconductor performance in photocatalytic wastewater treatment: A review. Mater Sci Semicond Process. 2024;179:108518. https://doi.org/10.1016/j.mssp. 2024.108518.
  9. O’Regan B, Grätzel M. A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO₂ films. Nature. 1991;353:737–740.
  10. Grinis L, Dor S, Ofir A, Zaban A. Electrophoretic deposition and compression of titania nanoparticle films for dye-sensitized solar cells. J Photochem Photobiol A Chem. 2008;198(1):52–59. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem. 2008.02.015.
  11. Liu J, Rad S, Dai J, Gan L, Chang C. Review of recent nano TiO₂ film coating methods, assessment techniques, and key problems for scaleup. Nanotechnol Rev. 2025;14(1): 20250206. https://doi.org/10.1515/ntrev-2025-0206.
  12. Ofir A, Dittrich T, Tirosh S, Grinis L, Zaban A. Influence of sintering temperature, pressing, and conformal coatings on electron diffusion in electrophoretically deposited porous TiO₂. J Appl Phys. 2006;100(7):074317. https://doi.org/10. 1063/1.2356100.
  13. Besra L, Liu M. A review on fundamentals and applications of electrophoretic deposition (EPD). Prog Mater Sci. 2007; 52(1):1–61. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2006.07.001.
  14. Myers RH, Montgomery DC, Anderson-Cook CM. Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments. 4th ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons; 2016.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار