تأثیر نسبت Cu/Zn بر روی ریخت شناسی و فعالیت کاتالیستی نوری نانوکامپوزیت Cu2O/ZnO

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش، نخست پودر نانوساختار Cu2O با آسیاکاری مکانیکی پودر میکرونی Cu2O تولید شد و سپس نانوکامپوزیت Cu2O/ZnO با نسبت‌های گوناگون Cu/Zn با روش شیمیایی تهیه شد. تأثیر نسبت‌های گوناگون Cu/Zn برابر 5، 10 و 20 بر روی ساختار، ریخت شناسی، ویژگی‌های نوری و عملکرد کاتالیستی نوری در تخریب آلاینده متیلن بلو توسط نانوکامپوزیت موردبررسی قرار گرفت. نتیجه‌های پراش پرتو ایکس نشان داد که فراورده پایانی دارای ساختاری بلوری و پیک‏ هایی به­ نسبت پهن می‌باشد که بیانگر ریزدانگی ساختار پایانی است. نتیجه‌های تصویرهای میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که در نانوکامپوزیت تهیه شده با نسبت‌ Cu/Zn برابر 5 نانوذره‌های ZnO تا حد زیادی کل سطح ذره‌های Cu2O را پوشش داده است. ویژگی‌های نوری نانوکامپوزیت‏ها با روش طیف ‏سنجی انعکاسی نفوذی مورد مطالعه قرار گرفت و انرژی شکاف باند نانوکامپوزیت با نسبت‌ Cu/Zn برابر 5، کمینه مقدار 9/1 الکترون ولت را نشان داد که در بازه نور مرئی قرار می‎‏ گیرد. این نمونه بیش­ترین فعالیت کاتالیستی نوری را در تخریب آلاینده تحت نور مرئی از خود نشان داده و قابلیت تخریب ۹۸ درصد آلاینده متیلن بلو در محلول آبی خنثی با غلظت 2 میلی‏ گرم بر لیتر پس از گذشت مدت زمان 240 دقیقه زیر تابش نور مرئی را از خود نشان می‏ دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Royer B., Cardoso N.F., Lima E.C., Vaghetti J.C.P., Simon N.M., Calvete T., Veses R.C., Applications of Brazilian-Pine Fruit Shell in Natural and Carbonized Forms as Adsorbents to Removal of Methylene Blue from Aqueous Solutions-Kinetic and Equilibrium Study, J. Hazard. Mater., 164: 1213-1222 (2009).
[2] Rafatullah M., Sulaiman O., Hashim R., Ahmad A., Adsorption of Methylene Blue on Low-Cost Adsorbents: A Review, J. Hazard. Mater., 177: 70-78 (2010).
[3] Netpradit S., Thiravetyan P., Towprayoon S., Application of Waste Metal Hydroxide Sludge for Adsorption of Azo Reactive Dyes, Water Res., 37: 763-772 (2003).
[4] Allegre C., Moulin P., Maisseu M., Charbit F., Treatment and Reuse of Reactive Dyeing Effluents, J. Membrane Sci., 269: 15-34 (2006).
[5] Ahmadi M., Padervand M., Vosoughi M., Roosta Azad R., Facile Template-Free Synthesis of the CuO Microflowers with Enhanced Photocatalytic Properties, Mater. Res. Innov., 21: 1-5 (2016).
[6] مقدم س.، ظرافت م.م.، صباغی ص.، تجزیه فوتوکاتالیستی فنول با استفاده از نانوکامپوزیت C-TiO2، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)37: 41 تا 50 (1397).
[7] شافعی ع.ر.، شیبانی س.، تأثیر حضور آب، بنزیل الکل و درصد CNT بر روی ویژگی‌های نانوکامپوزیت TiO2-CNT تولید شده به روش سل-ژل درجا، مجله فرایندهای نوین در مهندسی مواد، 2: 149 تا 160 (1397).
[8] Padervand M., Fasandouz F.M., Beheshti A., [Cu-Ag2]O-C3N4 Nanoframeworks for Efficient Photodegradation of Wastewaters, Prog. React. Kinet. Mec., 44: 175-186 (2019).
[9] Heidarpour H., Padervand M., Soltanieh M., Vossoughi M., Enhanced Decolorization of Rhodamine B Solution through Simultaneous Photocatalysis and Persulfate Activation over Fe/C3N4 Photocatalyst, Chem. Eng. Res. Des., 153: 709-720 (2020).
[10] صباغی ص.، دوراقی ف.، تخریب فوتوکاتالیستی متیلن بلو به کمک نانوکامپوزیت ZnO/SnO2، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)36: 141 تا 149 (1396).
[11] Padervand M., Asgarpour F., Lammel G., Hexagonal Core-Shell SiO2[-MOYI]Cl-]Ag Nanoframeworks for Efficient Photodegradation of the Environmental Pollutants and Pathogenic Bacteria, J. Inorg. Organomet. Polym., 29: 1-10 (2019).
[12] Padervand M., Lammel G., Bargahi A., Mohammad-Shiri H., Photochemical Degradation of the Environmental Pollutants over the Worm-Like Nd2CuO4-Nd2O3 Nanostructures, Nano-Structures & Nano-Objects, 18: 100258 (2019).
[13] Padervand M., Jalilian E., Majdani R., Goshadezehn M., BiOCl/AgCl-BiOI/AgI Quaternary Nanocomposite for the Efficient Photodegradation of Organic Wastewaters and Pathogenic Bacteria under Visible Light, J. Water Process Eng., 29: 100789 (2019).
[14] Kumar S., Parlett C.M.A., Isaacs M.A., Jowett D.V., Douthwaite R.E., Cockett M.C.R., Lee A.F., Facile Synthesis of Hierarchical Cu2O Nanocubes as Visible Light Photocatalysts, Appl. Catal. B., 189: 226-232 (2016).
[15] He Z., Xia Y., Tang B., Jiang X., Su J., Fabrication and Photocatalytic Property of ZnO/Cu2O Core-Shell Nanocomposites, Mat. Let., 184: 48-151 (2016).
[16] Li W., Wang G., Chen C., Liao J., Li Z., Enhanced Visible Light Photocatalytic Activity of ZnO Nanowires Doped with Mn2+ and Co2+ Ions, Nanomat., 7: 20-24 (2017).
[17] Deo M., Shinde D., Yengantiwar A., Jog J., Hannoyer B., Sauvage X., More M., Ogale S., Cu2O/ZnO Hetero-Nanobrush: Hierarchical Assembly, Field Emission and Photocatalytic Properties, Mat. Chem., 22: 17055-17062 (2012).
[18] Lučić Lavčević M., Penava A., ZnO Nanostructured Photocatalysts for Water Treatment Application, Croatian J. Food Sci. Tech., 9: 192-197 (2017).
[19] Jang J.S., Yu C.J., Choi S.H., Ji S.M., Kim E.S., Lee J.S., Topotactic Synthesis of Mesoporous ZnS and ZnO Nanoplates and their Photocatalytic Activity, Catal., 254: 144-155 (2008).
[20] Jiang T., Xie T., Zhang Y., Chen L., Peng L., Wang D., Photoinduced Charge Transfer in ZnO/Cu2O Heterostructure Films Studied by Surface Photovoltage Technique, Phys. Chem. Chem. Phys., 12: 15476-15481 (2010).
[21] Yang M., Zhu L., Li Y., Cao L., Guo Y., Asymmetric Interface Band Alignments of Cu2O/ZnO and ZnO/Cu2O Heterojunctions, J. Alloys Compd., 578: 143-147 (2013).
[22] Chen Y.S., Liao C.H., Chueh Y.L., Lai C.C., Chen L.Y., Chu A.K., Kuo C.T., Wang H.C., High Performance Cu2O/ZnO Core-Shell Nanorod Arrays Synthesized using a Nanoimprint GaN Template by the Hydrothermal Growth Technique, Opt. Mater. Express, 4: 1473-1486 (2014).
[23] Lv J., Xu J., Zhao M., Yan P., Mao S., Shang F., He G., Zhang M., Sun Z., Effect of Seed Layer on Optical Properties and Visible Photoresponse of ZnO/Cu2O Composite Thin Films, Ceram. Int., 41: 13983-13987 (2015).
[24] عطائی ا.، شیبانی س.، خیاطی غ.ر.، اسدی کوهنجانی س.،"آلیاژسازی و فعال‏ سازی مکانیکی، فناوری تهیه نانو مواد"، سازمان انتشارات جهاد دانشگاهی واحد تهران، (1385).
[25] Cullity B.D., "Elements of X-ray Diffraction", Reading: Addison-Wesley Pub., (1978).
[26] Williamson G., Hall W., X-ray Line Broadening from filed Aluminium and Wolfram, Acta Metall., 1: 22-31 (1953).
[27] Tauc J., Optical Properties and Electronic Structure of Amorphous Ge and Si, Mater. Res. Bull., 3: 37-46 (1968).
[28] Esmaielzadeh Kandjani A., Mohammad Sabri Y., Periasamy S.R., Zohora N., Amin M.H., Nafady A., Bhargava S. K., Controlling Core/Shell Formation of Nano-Cubic p-Cu2O/n-ZnO Toward Enhanced Photocatalytic Performance, Langmuir, 31: 10922-10930 (2015).
[29] Zou X., Fan H., Tian Y., Yan S., Synthesis of Cu2O/ZnO Hetero-Nanorod Arrays with Enhanced Visible Light-Driven Photocatalytic Activity, Cryst. Eng. Comm., 16: 1149-1156 (2014).
[30] Ma J., Wang K., Li L., Zhang T., Kong Y., Komarneni S., Visible-Light Photocatalytic Decolorization of Orange II on Cu2O/ZnO Nanocomposites, Ceram. Int., 41: 2050-2056 (2015).
[31] Helaıli N., Bessekhouad Y., Bouguelia A., Trari M., p-Cu2O/n-ZnO Heterojunction Applied to Visible Light Orange II Degradation, Sol. Energy, 84: 1187-1192 (2010).
[32] Xu C., Cao L., Su G., Liu W., Liu H., Yu Y., Qu X., Preparation of ZnO/Cu2O Compound Photocatalyst and Application in Treating Organic Dyes, J. Hazard. Mater., 176: 807-813 (2010).
[33] Cui Y., Wang C., Liu G., Yang H., Wu S., Wang T., Fabrication and Photocatalytic Property of ZnO Nanorod Arrays on Cu2O Thin Film, Mat. Let., 65: 2284-2286 (2011).
[34] Liu K., Zhang J., Gao H., Xie T., Wang D., Photocatalytic Property of ZnO Microrods Modified by Cu2O Nanocrystals, J. Alloys Compd., 552: 299-303 (2013).
[35] Ansari F., Sheibani S., Fernández-García M., Characterization and Performance of Cu2O Nanostructures on Cu Wire Photocatalyst Synthesized In-Situ by Chemical and Thermal Oxidation, J. Mat. Sci.: Mat. Elec., 30: 13675-13689 (2019).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار