1-3-2- پایداری خاصیت فتوکاتالیستی. 6

 

1-3-3- غیر سمی بودن. 6

 

1-3-4- قیمت مناسب. 7

 

1-4- هدف از انجام تحقیق. 7

 

. 9

 

2-1- ویژگی­های نیمه­رساناها. 10

 

2-1-1- حامل­های بار در نیمه­رساناها. 10

 

2-1-2- انواع نیمه­رساناها. 11

 

2-1-2-1- نیمه­رساناهای ذاتی. 11

 

2-1-2-2- نیمه­رساناهای غیرذاتی. 11

 

2-2- خواص یک فتوکاتالیست مناسب. 12

 

2-2-1- فتوکاتالیست­های بررسی شده. 13

 

2-3- تیتانیا. 14

 

2-3-1- خواص فیزیکی و شیمیایی دی­اکسید تیتانیوم. 15

 

2-3-2- ساختارهای دی­اکسید تیتانیوم. 15

 

2-3-3- خاصیت فتوکاتالیستی تیتانیا. 18

 

2-4- اصول اولیه فرآیندهای فتوکاتالیستی. 19

 

2-4-1- تهییج فوتونی از طریق باندگپ. 20

 

2-4-2- موقعیت­های لبه باند. 22

 

2-4-3- اثرات اندازه کوانتومی. 24

 

2-4-4- ترکیب مجدد جفت­های الکترون- حفره. 24

 

2-4-5- نقش الکترون­ها و حفره­های تولید شده در اثر پرتوتابی در فتوکاتالیست. 25

 

2-4-6- اکسیداسیون فتوکاتالیستی ترکیبات آلی. 26

 

در نور مرئی. 27

 

2-5-1- شکل و اندازه ذرات. 28

 

2-5-2- ساختار کریستالی. 29

 

2-5-3- بمباران یونی. 30

 

2-5-4- تکنیک های ترکیب. 31

 

2-5-5- اضافه کردن یون­های غیر فلزی. 32

 

2-5-6- آلاییدن نیمه­هادی­ها با انواع یون­های فلزی. 33

 

2-6- تاریخچه کاربردهای تیتانیا. 36

 

2-7- کاربردهای تیتانیا. 37

 

2-7-1- فوتوکاتالیز کردن. 39

 

2-7-1-1- کاربردهای فتوکاتالیستی. 39

 

2-7-1-1-1 تجزیه نوری آب. 39
2-7-1-1-2 ضدعفونی. 40
2-7-1-1-3 تصفیه هوا. 40

 

2-7-1-1-4 تصفیه آب. 41

 

2-8- فرآیند سل- ژل. 42

 

2-8-1- اصول فرآیند سل-ژل. 43

 

. 45

 

3-1- مواد اولیه مورد مصرف و خواص آن­ها. 46

 

 

3-2- روش سنتز. 47

 

3-3- آماده­سازی سل. 48

 

3-3-1- سل تیتانیا. 48

 

3-3-2- سل قلع و سریم. 48

 

3-4- سنتز نانوذرات تیتانیا به­همراه افزودنی. 49

 

3-5- کد گذاری نمونه‏ها. 50

 

3-6- روش های بررسی خواص. 51

 

3-6-1- بررسی خواص فیزیکی سل – تکنیک پراش نوری DLS. 49

 

3-6-2- بررسی استحاله حرارتی. 52

 

3-6-3- آنالیز سطح ویژه(BET)  Adsorption/Desorption Porosimetry. 53

 

3-6-4- بررسی فازهای کریستالی. 53

 

3-6-5- ارزیابی مورفولوژی و ریزساختار. 55

 

3-6-6- طیف­ سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه. 55

 

3-6-7- طیف نگاری فتوالکترونی پرتو ایکس (XPS) 56

 

3-6-8- بررسی خواص نوری و محاسبه‏ی انرژی پهنای نوار ممنوعه‏ 57
3-6-9- بررسی رفتار فتوکاتالیستی. 58

 

3-6-9-1- متیلن بلو. 58

 

3-6-9-2 نحوه انجام آزمایش فتوکاتالیستی. 61

 

. 62

 

4-1- نتایج حاصل از تهیه سل. 63

 

4-2- نتایج آنالیز TG-DTA.. 65

 

4-3- نتایج اثر افزودنی بر خواص نانوذرات تیتانیا. 67

 

4-3-1- نتایج و تحلیل آنالیز فازی نانو ذرات T-x mol% Ce. 67

 

4-3-2- نتایج و تحلیل آنالیز فازی نانو ذرات T-x mol% Sn. 70

 

4-3-3- نتایج و تحلیل آنالیز فازی نانو ذرات  y mol%Ce- x mol%Sn  T- 72

 

4-3-4- نتایج و تحلیل آنالیز UV-Vis 75

 

4-3-5- بررسی تاثیر دمای کلسیناسیون بر فازهای کریستالی. 76

 

4-3-6- بررسی تاثیر دمای کلسیناسیون روی خواص فتوکاتالیستی   79

 

4-3-7- اثر زمان کلسیناسیون بر فازهای کریستالی. 80

 

4-3-8- بررسی طیف  UV-Vis و محاسبه باند ممنوعه. 81

 

4-3-9- اثر زمان تابش بر بازده تجزیه فتوکاتالیستی. 87

 

4-3-10- تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی. 89

 

4-3-11- نتایج حاصل از آنالیز عنصری EDX.. 91

 

4-3-12- نتایج و تحلیل آنالیز سطحی XPS. 91

 

4-3-13- نتایج و تحلیل آنالیز BET. 97

 

4-3-14- نتایج و تفیسر طیف­های FT-IR. 98
. 101

 

5-1- نتیجه­گیری نهایی. 102

 

5-2- پیشنهادات و کارهای آینده. 103

 

مراجع. 104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل­ها

 

 

 

عنوان                                                                                                           صفحه

 

شکل 2-1: نیمه­رسانای نوعn  و نیمه رسانای نوع p. 12

 

O در 7pH=. 14

 

شکل 2-3:  نمودار فاز دی­اکسید تیتانیوم. 16

 

، (الف) آناتاز، (ب) روتایل، (ج) بروکیت. 16

 

شکل 2-5: موقعیت لبه باند و شکاف انرژی برخی نیمه­هادی­ها.. 23

 

شکل 2-6: مکانیزم فرآیندهای ناشی از نور تیتانیا و کاربردهای آن.   38

 

در حضور واکنش­گرهای فداکار.   40

 

شکل 3-1: فرآیند تهیه سل تیتانیا. 49

 

شکل 3-2: فرآیند تهیه سل تیتانیا با درصدهای مولی مختلف از سریم و قلع. 50

 

شکل 3-3:  ساختار شیمیایی آلاینده رنگی. 59

 

شکل 4-1: تابع توزیع اندازه ذرات سل الف) تیتانیا خالص ب) تیتانیا همراه با دوپنت سریم و قلع. 64

 

شکل 4-2: آنالیز TG-DTA ژل حاصل از سل تیتانیا. 67

 

شکل 4-3: طیف XRD از نمونه خالص تیتانیا (T) و نمونه با درصدهای مختلف  Ceکلسینه شده در دمای
C˚ 475. 68

 

شکل 4-4: طیف XRD از نمونه خالص تیتانیا (T) و نمونه با درصدهای مختلفSn  کلسینه شده در دمای
C˚ 475. 71

 

شکل 4-5: طیف XRD- تیتانیای دوپ شده با درصدهای مختلف قلع و سریم- دمای C˚475 به­مدت h1. 73

 

شکل 4-6: تجزیه فتوکاتالیستی MB در حضور پودر تیتانیا دوپ شده با درصدهای مختلف افزودنی­های قلع و سریم. 75

 

) – کلسینه شده در دماهای مختلف به­مدت h1. 78

 

شکل 4-8: تجزیه فتوکاتالیستی MB در حضور پودر تیتانیا دوپ شده با افزودنی­های قلع و سریم در دماهای مختلف. 79

 

) – کلسینه شده در دماهای مختلف به­مدت h2. 80

 

شکل 4-10: طیف جذب UV-Vis پودر تیتانیای خالص  و همراه با دوپنت   82

 

شکل 4-11: نمایش شماتیک سطوح انرژی تیتانیا به همراه دوپنت فلزی   85

 

(ναh) برحسب (hν) برای نمونه­های مختلف- باند ممنوعه غیر مستقیم. 86

 

(ναh) برحسب (hν) برای نمونه­های مختلف- باند ممنوعه مستقیم. 86

 

شکل 4-14: تغییرات جذب MB در حضور نمونه­های تیتانیای خالص و تیتانیای همراه با دوپنت. 87

 

شکل 4-15: درصد تجزیه شدن محلول MB در حضور نمونههای تیتانیای خالص و تیتانیای همراه با دوپنت تحت تابش نور مرئی. 88

 

خالص-کلسینه شده دمای C˚475 به­مدت h1. 89

 

– a) کلسینه شده در دمای C˚475 به­مدت h1 ، b) کلسینه شده در دمای C˚575 به­مدت h1، c) کلسینه شده در دمای C˚775 به مدت h1، d) کلسینه شده در دمای C˚775 به مدت h2. 90

 

شکل 4-18: طیف EDAX – a) تیتانیای خالص b) تیتانیای دوپ شده با قلع و سریم. 91

 

) – اسکن در رنج وسیع. 92

 

شکل 4-20: طیف XPS– Ti 2P. 93

 

شکل 4-21: طیف XPS– Sn 3d. 94

 

شکل 4-22: طیف XPS– Ce 3d. 95

 

شکل 4-23: طیف XPS– C 1s 95

 

شکل 4-24: طیف XPS– O 1s 96

 

98

 

). 99

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جدول­ها

 

عنوان                                                                                                                       صفحه

 

جدول 2-1: انرژی فاصله ترازهای برخی از فتوکاتالیست های بررسی شده در برخی مقالات. 13

 

جدول 2-2: خصوصیات آناتاز و روتایل. 17

 

جدول2-3: یون­های فلزی افزوده شده به اکسید تیتانیوم و اثر آن­ها   35

 

جدول2-4: تاثیر سرعت واکنش­های کندانسیون و هیدرولیز بر سل حاصله   43

 

جدول 3-1: فهرست مواد اولیه مورد استفاده. 47

 

جدول 3-2: شرایط بهینه تهیه سل. 48

 

جدول 3-3: کدگذاری نمونه­ها. 50

 

جدول 3-4: درصد عناصر در نمونه­های تک جزئی. 51

 

جدول 3-5: درصد عناصر در نمونه­های دو جزئی. 51

 

جدول 3-6:  مشخصات آلاینده رنگی. 59

 

جدول 4-1: خواص فیزیکی و پارامترهای سل­های مورد استفاده. 64

 

جدول 4-2: مشخصات نمونه­های تیتانیای دوپ شده با درصدهای مختلف سریم کلسینه شده در دمای C˚475. 69

 

جدول 4-3: مشخصات نمونه­های تیتانیای دوپ شده با درصدهای مختلف قلع کلسینه شده در دمای C˚475 . 71

 

جدول 4-4: مشخصات نمونه­های تیتانیا با دوپ همزمان قلع و سریم کلسینه شده در دمای C˚475. 74

 

) – کلسینه شده در دماهای مختلف به­مدت h1. 78

 

) – کلسینه شده در دماهای مختلف به­مدت h2. 81

 

جدول 4-7: مشخصات طیف­های UV-Vis و محاسبه­ی انرژی باند ممنوعه. 83