افزایش کارایی نانوذرات فتوکاتالیستی

محققان کشور با روش مهندسی سطح، موفق به افزایش کارایی نانوذرات فتوکاتالیست شده‌اند. این نانوذرات مهندسی شده در تصفیه‌ آب با نور خورشید، ساخت حسگرهای گازی و سلول‌های خورشیدی کاربرد دارند.

کد خبر: ۱۱۷۶۴۱

تاریخ: ۰۴ مرداد ۱۳۹۵ - ۱۱:۵۸

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، واژه‌ فتوکاتالیست در اصل به معنی شتاب بخشیدن به یک واکنش فوتونی توسط کاتالیست است. برخی مواد نیمه‌رسانا این قابلیت را با جذب نور از خود بروز می دهند. عمده‌ کاربرد این نانوذرات در حذف آلاینده‌های آب و هوا و همچنین سلول‌های خورشیدی است.

ضعف اصلی این نانوذرات بازدهی کم آن‌ها در استفاده از نور خورشید است. در سال‌های اخیر روش‌های متفاوتی جهت بهبود عملکرد این نانوذرات آزمایش شده و موفقیت‌های زیادی در این زمینه کسب شده است. با این‌ وجود، کماکان تلاش‌ها برای افزایش کارایی هرچه بیشتر آن‌ها در حال انجام است.

محمدمحسن مؤمنی هامانه، مجری طرح ضمن معرفی نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم به‌عنوان یک ماده فتوکاتالیست پربازده و مقرون‌به‌صرفه، به ضعف عمده‌ این نانوذرات اشاره کرد و گفت: دی‌اکسید تیتانیوم به علت قیمت پایین، روش تهیه آسان و پایداری بالا از سایر فتوکاتالیست‌ها بهتر و کاربردی‌تر است.

وی افزود: اما عیب اصلی این ماده این است که فقط می‌تواند نور فرابنفش را جذب کند و این موضوع کاربرد عملی فتوکاتالیست‌ها را محدود کرده است؛ بنابراین در این طرح سعی شده با ایحاد یک ساختار نانوکامپوزیتی بازدهی این نانوذرات به میزان مطلوبی رسانده شود.

به گفته وی، با این عملیات بهینه‌سازی بر روی نانوذرات، سرعت واکنش‌های فتوکاتالیستی افزایش می‌یابد. به علت جذب نور مرئی دیگر نیازی به تابش فرابنفش نیست و قیمت کلی فرایند کاهش می‌یابد. همچنین در این روش، آلودگی ناشی از رها شدن نانوذرات در محیط کاهش خواهد یافت.

مؤمنی در خصوص نوآوری‌های طرح حاضر افزود: در این طرح به‌منظور افزایش نسبت سطح به حجم و درنتیجه افزایش بازدهی فرایند فتوکاتالیستی از نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم به جای نانوذرات کروی استفاده شده است. از طرفی با ایجاد یک ساختار نانوکامپوزیتی با استفاده از تری اکسید تنگستن و همچنین پوشش دهی نانوذرات پالادیوم بر روی نانوفتوکاتالیست کامپوزیتی عملکرد فتوکاتالیستی دی‌اکسید تیتانیوم بهینه شده است.

وی در رابطه با مراحل انجام این پژوهش تصریح کرد: ابتدا از طریق آندایزینگ ورق‌های تیتانیوم در حلال‌های نمک‌های مختلف تنگستن، نانولوله‌های کامپوزیتی ‌تری اکسید تنگستن- دی‌اکسید تیتانیوم بهینه، سنتز شد. برای این منظور حلال‌های مختلفی استفاده و پارامترهای مختلفی همچون دما، زمان، غلظت گونه‌ها، سرعت هم زدن و ولتاژ اعمالی بررسی و مطالعه شد.

وی ادامه داد: در این راستا نمک‌های مختلف تنگستن مورد بررسی قرار گرفت و بهترین نمک انتخاب شد؛ در ادامه با استفاده از روش رسوب‌دهی نوری، نانوذرات پالادیوم بر روی سطح نانولوله‌های کامپوزیتی حاصل ایجاد شد.

به گفته مومنی، سپس نمونه‌های تهیه شده حراراتی داده شد و مورفولوژی، ترکیب، ریزساختار و شکاف باند ارزیابی شد. در نهایت فعالیت فتوکاتالیستی نانولوله‌های کامپوزیتی در تصفیه‌ آب‌های آلوده و تحت تابش نور مرئی مورد مطالعه قرار گرفت.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر محمدمحسن مؤمنی هامانه و دکتر یوسف غایب - اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان- است. نتایج این کار در مجله‌ Ceramics International (جلد ۴۲،سال ۲۰۱۶، صفحات ۱۱۲۰۹ تا ۱۱۲۱۶) به چاپ رسیده است.