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

 

 

فهرستشکل­ها

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