برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۴/۰۲ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۸

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

ضمائم مقاله
مقالات مرتبط
اخبار مرتبط
آمار مقاله
  • بازدید کل ۳۵,۰۹۴
  • بازدید این ماه ۱۰
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۲۸۰
  • قبول شدگان ۲۳۲
  • شرکت کنندگان یکتا ۱۲۶
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۸
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

کاتالیزورهای نوری

کاتالیزور نوری (Photocatalyst) به گروهی از کاتالیزور‌‌‌ها گفته می‌شود که وقتی در معرض تابش نور قرار می‌گیرند، فعال می‌شوند. در واقع کاتالیزور‌های نوری در اثر تابش نور از طریق کاهش انرژی فعال‌سازی (Activation Energy) واکنش، منجر به بروز یا سرعت بخشیدن به واکنش‌های شیمیایی می‌شوند؛ در حالی‌که خود بدون تغییر باقی می‌مانند. عملکرد کاتالیزور‌های نوری بدین طریق است که پس از جذب نور (معمولا اشعه‌ فرابنفش)، الکترون‌های آن‌ها برانگیخته شده و از مدار خود جدا می‌شوند و درنتیجه حفره‌ای برجا می‌ماند که خاصیت اکسیدکنندگی بسیار بالایی دارد، در عین حال الکترون نیز خاصیت احیاکنندگی قوی دارد. جفت‌های الکترون-حفره ایجاد شده با مولکول‌های موجود در سطح ذرات واکنش می‌دهند و نتایج مورد نظر حاصل می‌شود. در این مقاله ابتدا به معرفی کاتالیزورهای نوری می‌پردازیم و در ادامه انواع، عملکرد، روش‌های تهیه و کاربرد این نوع کاتالیزورها بررسی می‌شود.
1- مقدمه و تاریخچه
اولین کاتالیزور نوری معرفی شده، تیتانیوم دی‌اکسید (Titanium dioxide, TiO2) است. تاکنون به‌طور دقیق مشخص نشده که اولین بار در چه زمانی و توسط چه کسی از تیتانیوم دی‌اکسید برای القای واکنش‌های شیمیایی استفاده شده است. در سال 1938 از تیتانیوم دی‌اکسید به‌عنوان کاتالیزوری که در حضور نور فعال می‌شد، در صنعت رنگ‌سازی استفاده شد؛ اما در گزارش‌های ارایه شده واژه کاتالیزور نوری به‌کار نرفت و تیتانیوم دی‌اکسید به‌عنوان حساس‌کننده نوری (Photosensitizer) معرفی شد. در سال 1956 ماشیو در گزارشی در مورد اکسایش انجام شده توسط تیتانیوم دی‌اکسید، از آن به‌عنوان کاتالیزور نوری یاد کرد [1]. فوجی شیما و هوندا در سال 1972 به کمک آند تیتانیوم دی‌اکسید و تحت تأثیر نور فرابنفش، فرآیند آب‌کافت (تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن) را انجام دادند [2]. به این ترتیب کاربرد گسترده کاتالیزور‌های نوری در واکنش‌های اکسایش و کاهش آغاز شد.

2- معرفی کاتالیزورهای نوری
کاتالیزور‌های نوری به‌منظور حذف آلاینده‌هایی که به‌وسیله فرایند‌های زیستی حذف نمی‌شوند، سال‌هاست که در کشورهای صنعتی به‌کار می‌روند. کاتالیزور‌های نوری به‌طور عمده اکسید‌های جامد نیمه‌رسانا هستند که تحت تابش نور، با انرژی کافی فعال می‌شوند [3]. کلروفیل در گیاهان، مشابه کاتالیزور‌های نوری عمل می‌کند. در مقایسه با فتوسنتز که در آن کلروفیل نور خورشید را جذب کرده و توسط آب و کربن دی‌اکسید، اکسیژن و گلوکز تولید می‌کند، در فرایند کاتالیزوری نوری، مواد آلی در حضور نور، آب و کاتالیزور به کربن دی‌اکسید و آب تبدیل می‌شود (شکل 1) [4].

filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e
شکل 1- مقایسه عملکرد یک کاتالیزور نوری و کلروفیل

کاتالیزور‌های نوری می‌توانند به‌صورت مواد معلق محلول یا لایه‌های تثبیت شده روی بستر (Substrate) به‌کار ‌روند [5].

3- سازوکار و عملکرد کاتالیزور‌های نوری
برخلاف فلزات که سطوح الکترونی پیوسته‌ای دارند، در نیمه‌رساناها بین نوار ظرفیت (Valence Band, VB) و نوار رسانایی (Conduction Band, CB)، شکاف انرژی (Band-gap energy, Ebg) وجود دارد (شکل 2). چون شکاف انرژی موجود در نیمه‌رساناها بر خلاف مواد نارسانا کوچک است (حدود 4 الکترون ولت)، طی تابش نور به کاتالیزور‌های نوری نیمه‌رسانا، فوتون‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی که انرژی مساوی یا بیشتر از انرژی شکاف دارند، جذب شده و سبب برانگیخته شدن الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانایی می‌شوند و درنتیجه به‌طور همزمان یک محل خالی از الکترون (+ h) در نوار ظرفیت به نام حفره ایجاد می‌شود (معادله 1).

filereader.php?p1=main_cda522d4353b166cc

filereader.php?p1=main_1d665b9b1467944c1
شکل 2- شکاف انرژی در مواد رسانا، نیمه ‌سانا و نارسانا

در کاتالیزور نوری، الکترون‌‌های نوری آزاد نوار رسانایی (- eCB) و حفره‌های نوری نوار ظرفیت (+ hVB) به چند صورت و از طریق چند مسیر عمل می کنند که در شکل 3 به وضوح نشان داده شده است.

filereader.php?p1=main_7bc3ca68769437ce9
شکل 3- مسیرهای مختلف عملکرد یک کاتالیزور نوری در اثر جذب نور

تعدادی از الکترون‌‌ها و حفره‌های نوری می‌توانند به سطح کاتالیزور نوری برسند و سبب کاهش یا اکسایش گونه‌های آلی و غیرآلی جذب شده روی سطح کاتالیزور شوند. الکترون، توسط یک پذیرنده جذب شده و سبب کاهش آن می‌شود (مسیر 1). تحت اتمسفر محیط، اکسیژن به‌عنوان گیرنده عمل کرده و رادیکال فوق‌العاده اکسنده هیدروکسیل تولید می‌شود. به همین ترتیب، حفره نیز ضمن مهاجرت به سطح کاتالیزور نوری از گونه دهنده (Electron Donor)، الکترون  جذب کرده و آن را اکسید می‌کند (مسیر 2). اگر محیط اطراف یعنی آب یا حلال، دارای گروه هیدروکسی باشد، حفره، آب یا گروه هیدروکسی موجود در سطح کاتالیزور را به رادیکال هیدروکسیل تبدیل می‌کند. بازترکیب حفره و الکترون با مسیر انتقال بار رقابت می‌کند. بازترکیب حفره و الکترون در سطح نیمه‌رسانا (مسیر 3) یا در عمق آن (مسیر 4) همراه با آزاد شدن گرما رخ می‌دهد. همچنین الکترون‌های تولید شده می‌توانند به‌طور مستقیم برای تولید برق در سلول‌های خورشیدی به‌کار روند [9-6].

4- انواع کاتالیزور نوری
1-4- اکسیدهای فلزی:
از میان ترکیباتی که به‌عنوان کاتالیزور نوری عمل می‌کنند، تیتانیوم دی‌اکسید تنها ماده صنعتی مناسب حال حاضر و حتی آینده است؛ چرا که اکثر فعالیت‌های نوری مؤثری دارد، پایدارترین و کم‌هزینه‌ترین کاتالیزور نوری است و به‌علاوه از زمان باستان تاکنون به‌عنوان رنگدانه سفید استفاده ‌شده و بنابراین تاریخ نیز امنیت آن را برای انسان و محیط تضمین کرده است [1]. تیتانیوم دی‌اکسید به سه شکل بلوری آناتاز (Anatase)، روتیل (Rutile) و بروکیت (Brucite) یافت می‌شود که در میان آن‌ها تنها آناتاز و روتیل فعالیت کاتالیزوری نوری دارند (شکل 4). آناتاز نسبت به روتیل فعالیت نوری بیشتری نشان می‌دهد و بنابراین کاربرد بیشتری نیز دارد.

filereader.php?p1=main_13207e3d5722030f6
شکل 4- ساختارهای بلوری تیتانیوم دی‌اکسید شامل روتیل، آناتاز و بروکیت (به ترتیب از چپ به راست)

تیتانیوم دی‌اکسید به‌صورت پودری، بلوری و لایه نازک تهیه می‌شود [6] این ماده در محدود‌ه نور فرابنفش فعال است و این بخش از نور تنها 4 % از نور خورشیدی را که به زمین می‌رسد تشکیل می‌دهد؛ بنابراین لازم است این کاتالیزور نوری کارآمد به نحوی اصلاح شود تا در محدوده نور مرئی نیز فعال باشد [5].

برای بهبود فعالیت کاتالیزوری نوری تیتانیوم دی‌اکسید از روش‌های زیر استفاده می‌شود:

1-1-4-اختلاط (Doping):
اختلاط تیتانیوم دی‌اکسید با عناصر فلزی مثل طلا، پلاتین و عناصر غیرفلزی از قبیل کربن و نیتروژن سبب افزایش واکنش‌های انتقال بار و پایداری حرارتی کاتالیزور نوری می‌شود [7].

2-1-4- اصلاح شیمیایی سطح (Surface Chemical Modification):
اصلاح شیمیایی سطح برای کارایی بهتر کاتالیزور نوری، جلوگیری از بازترکیب بارها (الکترون- حفره) و جدایی هر چه بیشتر آن‌ها ضروری است که به دو روش زیر انجام می‌شود:

1-2-1-4- حساس‌سازی (Sensitization):
استفاده از حساس‌کننده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی از قبیل نیمه‌رساناهای غیرآلی، فلزات و رنگ‌های آلی که در ناحیه مرئی جذب نور دارند، باعث می‌شود الکترون‌های نوری از حساس‌کننده به تیتانیوم دی‌اکسید منتقل شوند و بدین ترتیب علاوه بر این‌که جدایی بار رخ می‌دهد، نوررسانی نیز در ناحیه مرئی انجام شود. به‌عنوان مثال، نانولوله‌های کربنی حساس‌کننده‌هایی هستند که الکترون‌های نوری برانگیخته را از تیتانیوم دی‌اکسید دریافت کرده و بازترکیب الکترون و حفره را به تأخیر می‌اندازند [7].

2-2-1-4-  جفت شدن (Coupling) دو نیمه‌رسانا:
جفت شدن دو نیمه‌رسانا که نوار ظرفیت و رسانایی آن‌ها سطوح انرژی مختلفی دارند، سبب جدایی مؤثرتر بار می‌شود. ممکن است یکی از نیمه‌رساناها مورد تابش قرار گیرد که در این حالت الکترون نوری تولید شده در نیمه‌رسانای فعال به نوار رسانایی (که در مولکول‌ها و پلیمرها تحت عنوان سطح لومو شناخته می‌شود:Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO) کاتالیزور نوری دیگر منتقل می‌شود. اگر هر دو کاتالیزور نوری مورد تابش قرار گیرد، الکترون و حفره هر دو منتقل می‌شوند. جفت شدن نیمه‌رسانایی چون کادمیوم سولفید (CdS) به کاتالیزور نوری تیتانیوم دی‌اکسید نه تنها حساسیت آن را به سمت ناحیه مرئی می‌برد، بلکه سبب افزایش کارایی کاتالیزور نوری نیز می‌‌‌‌شود. انرژی نور مرئی نمی‌تواند سبب برانگیخته شدن تیتانیوم دی‌اکسید در نیمه‌رسانای جفت شده کادمیوم سولفید- تیتانیوم دی‌اکسید شود، اما به اندازه کافی بزرگ است که سبب برانگیخته شدن الکترون از نوار ظرفیت کادمیوم سولفید (که در مولکول‌ها و پلیمرها تحت عنوان سطح هومو شناخته می‌شود: Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO) به نوار رسانایی آن شود. حفره ایجاد شده در لایه ظرفیت کادمیوم سولفید باقی می‌ماند، اما الکترون به نوار رسانایی تیتانیوم دی‌اکسید که سطح پایین‌تری دارد، مهاجرت می‌کند و سبب جدایی بار و بهبود کارایی کاتالیزور نوری می‌شود (شکل 5)[6].

filereader.php?p1=main_ed92eff813a02a31a
شکل 5- انتقال بار در نیمه‌رسانای جفت شده کادمیوم سولفید- تیتانیوم دی‌اکسید

علاوه بر تیتانیوم دی‌اکسید، سایر اکسیدهای فلزی از قبیل روی اکسید (ZnO)، زیرکونیوم دی‌اکسید (ZrO2)، تنگستن تری‌اکسید (WO3) و هماتیت (Fe2O3) نیز به عنوان کاتالیزور نوری استفاده می‌شوند [5].

2-4- سولفیدهای فلزی:
این دسته از کاتالیزورهای نوری در محدوده نور مرئی استفاده می‌شوند. کادمیوم سولفید و روی سولفید (ZnS) از مهم‌ترین کاتالیزورهای نوری سولفیدهای فلزی هستند [5].

3-4- نانوکاتالیزور نوری:
استفاده از کاتالیزورهای نوری در مقیاس نانو روشی امیدبخش برای بهبود خاصیت کاتالیزوری نوری و کاربرد تجاری آن‌ها به‌شمار می‌رود؛ چرا که خصلت کاتالیزوری نه تنها به ماده، بلکه به اندازه ذرات نیز وابسته است و مواد نانو می‌توانند رفتارهای کاملاً متفاوتی در مقایسه با مواد توده‌ای نشان دهند. در سال 1981 برای اولین بار از سیستم نانو در واکنش‌های اکسایش- کاهش استفاده شد و از آن زمان به بعد، مطالعات گسترده‌ای روی سیستم‌های نانوکاتالیزوری انجام شده است. با کوچک شدن اندازه نیمه‌رسانا، تعداد اتم‌های بیشتری در سطح قرار می‌گیرند و درنتیجه نسبت سطح به حجم افزایش یافته و به دنبال آن خصلت کاتالیزوری نیز افزایش پیدا می‌کند.
اندازه بهینه‌ای برای نانوکاتالیزورهای نوری وجود دارد و در صورتی‌که اندازه ذرات از اندازه بهینه کمتر شود، جفت شدن سطحی رخ داده و جفت‌های الکترون- حفره سریع‌تر از این‌که منتقل شوند، در سطح جفت می‌شوند. اندازه بهینه برای کاتالیزور نوری تیتانیوم دی‌اکسید حدود 10 نانومتر است. در سال‌های اخیر نانوکاتالیزور نوری تیتانیوم دی‌اکسید برای تجزیه مواد آلی و غیرآلی مضر، فلزات سنگین، باکتری‌ها و ویروس‌های موجود در آب و پساب‌‌ها، به‌عنوان پوشش سرامیک‌ها و در ساخت غشاهای غیرآلی مورد توجه قرار گرفته است. برای افزایش خاصیت کاتالیزوری نوری نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید، آن را با یون‌های فلزی تغلیظ می‌کنند. یون فلزی حفره‌ها و الکترون‌ها را به‌دام می‌اندازد و مانع بازترکیب آن‌ها می‌شود و در نتیجه واکنش‌های انتقال بار بین وجهی را افزایش می‌دهد (شکل 6) [7].

filereader.php?p1=main_c6c27fc98633c8257
شکل 6- اصلاح کاتالیزور نوری تیتانیوم دی‌اکسید با فلز طلا

5- خواص کاتالیزوهای نوری:
یک کاتالیزور نوری ایده‌آل برای اکسایش در فرایند کاتالیزوری نوری باید دارای شرایط زیر باشد [7-6]:
  • پایداری نوری
  •  خنثی بودن فیزیولوژیکی و شیمیایی
  •  در دسترس و ارزان قیمت بودن
  • توانایی جذب سطحی واکنشگرها تحت فعال‌سازی فوتونی مؤثر
  •  غیرسمی بودن
  •  دارا بودن انرژی شکاف (گاف انرژی) مناسب
  •  تجزیه نشدن بعد از تشکیل حفره

6- مزایای استفاده از کاتالیزور‌های نوری در واکنش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها:
هزینه کمتر، واکنش‌های سریع‌تر و شرایط واکنش ملایم‌تر از جمله مهم‌ترین مزایای استفاده از کاتالیزورهای نوری نسبت به سایر کاتالیزورهاست. از جمله مزایای مهم دیگر این کاتالیزورها می‌توان به این ویژگی اشاره کرد که با استفاده از این کاتالیزورها، طیف وسیعی از آلودگی‌های محیط‌زیستی آلی، به کربن دی‌اکسید و آب تبدیل می‌شود [10].

7- روش‌های تهیه کاتالیزور نوری:
1-7- روش رسوب‌گیری:
این روش شامل رسوب‌گیری از هیدروکسیدها با اضافه کردن یک محلول بازی (مانند آمونیوم هیدروکسید (NH4OH) یا سدیم هیدروکسید (NaOH)) به پیش‌ماده‌های سازنده کاتالیزور نوری از قبیل تیتانیوم تری کلرید (TiCl3) یا تیتانیوم تترا کلرید (TiCl4) است. در ادامه، طی عمل تکلیس (Calcination) ،یا همان حرارت دادن تا دمایی پایین‌تر از نقطه ذوب ماده برای حذف آب  و مواد فرار و تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی آن، اکسیدهای بلوری ایجاد می‌شود. از معایب این روش می‌توان به کنترل خسته‌کننده اندازه ذرات اشاره کرد [6].

2-7- روش سولوترمال (Solvothermal) و هیدروترمال (Hydrothermal):
روش حلال‌دمایی (Solvothermal) شامل واکنش‌های شیمیایی در محیط آلی، و روش آب‌دمایی (Hydrothermal) شامل واکنش‌های شیمیایی در محیط آبی می باشد. معمولاً در ادامه برای بلورینگی بیشتر، نمونه تحت حرارت قرار می‌گیرد [6].

عنوان : سنتز هیدروترمال

توضیحات : از روش سنتز هیدروترمال برای تولید نانوپودرهای با کیفیت بالا استفاده می شود. در این روش تولید پودر در دما و فشار بالا انجام می پذیرد.

نمایش توضیحات فیلم


چند رسانه ای1: سنتز هیدروترمال

3-7- روش سل ژل (Sol-gel):
کاتالیزورهای نوری که دارای ساختار پودری ریز هستند، قدرت اکسیدکنندگی خوبی دارند، ولی جداسازی این کاتالیزور‌ها از حالت معلق مشکل است. برای رفع این مشکلات، تیتانیوم دی‌اکسید را به صورت لایه‌های نازک، از روش سل ژل تهیه می کنند. روش سل ژل دو واکنش پی‌درپی است که در مرحله اول، سل (محلول همگن) تهیه شده و سپس به ژل (مولکول‌های سنگین سه‎بعدی پلیمری) تبدیل می‌شود. این روش به دو صورت آلکوکسیدی و غیرآلکوکسیدی انجام می‌شود. در روش غیرآلکوکسیدی از نمک‌های غیرآلی مانند نیترات، کلرید، استات و کربنات، و در روش آلکوکسیدی از آلکوکسیدهای فلزی به‌عنوان مواد شروع‌کننده استفاده می‌شود. در ابتدا پیش‌ماده تحت آب‌کافت (در حلال الکل به همراه آب و کاتالیزور) به سل تبدیل می‌شود و در ادامه تشکیل سیستم دو فازی ژل مانندی که شامل هر دو فاز مایع و جامد است، رخ می‌دهد. با به‌کار بردن کاتالیزورهای اسیدی، سرعت آب‌کافت افزایش یافته و محصول به‌صورت بلوری به‌دست می‌آید. با استفاده از کاتالیزور بازی، سرعت مرحله مایع شدن زیاد شده و محصول پودری می‌شود. در مواردی که کسر حجمی ذرات کم است، بعد از تشکیل رسوب، مایع اضافی سرریز می‌شود. برای شتاب دادن به فرایند جداسازی فازها می‌توان از روش گریزدادن (Centrifuge) استفاده کرد. مایع اضافی را با خشک کردن حذف می‌کنند. به‌علت سرعت تشکیل بالا، محصول حاصل از روش سل- ژل بی‌شکل است و برای بهبود خواص مکانیکی و پایدارتر شدن ساختار محصول، در دمای بالا حرارت داده می‌شود تا به ذرات بلوری تبدیل شود. برای شستشوی محصول از آب دو بار تقطیر شده استفاده می‌شود. این روش دارای مزایایی از قبیل سهولت انجام واکنش، ارزان بودن، خلوص و همگنی محصول است [11 3, 6].

7-4- سایر روش‌ها:
روش میکروامولسیون (Microemulsion)، تهیه الکتروشیمیایی، استفاده از تابش‌دهی فراصوت (Ultrasonic irradiation) و رسوب‌گیری از بخار‌های شیمیایی از دیگر روش‌های تهیه کاتالیزورهای نوری هستند [12-11 و 6].

8- باز‌یابی (Recovery) کاتالیزور نوری:
کاتالیزور نوری‌ به‌دلیل متصل شدن محصول‌های جانبی یا حدواسط‌های اکسید شده، غیرفعال می‌شود. سه روش برای بازیابی کاتالیزور نوری غیرفعال وجود دارد: بازیابی گرمایی، بازیابی کاتالیزوری نوری، و بازیابی از طریق شستشو. در بازیابی گرمایی با بالا بردن دما (بالاتر از 450 درجه سانتیگراد) حدواسط‌ها از مکان‌های فعال جدا می‌شوند. ‌بازیابی کاتالیزوری نوری با استفاده از تابش فرابنفش در معرض رطوبت انجام می‌شود. شستشوی ساده کاتالیزور نوری با آب مقطر نیز سبب بازیابی کامل فعالیت‌های اولیه آن می‌شود [3].

9- کاربرد کاتالیزورهای نوری:
امروزه کاتالیزورهای نوری در بسیاری از زمینه‌ها کاربرد دارند. از جمله مهم‌ترین کاربردهای آن‌ها می‌توان به‌ موارد زیر اشاره کرد [15-14 و 7-6]:
  •  کاربردهای پزشکی و زیست‌شناختی (اثر ضد باکتری، ضد تومور، ضد سیاه زخم و از بین برنده سلول‌های سرطانی)
  •  اثر خود تمیزشوندگی به‌ویژه در نمای خارجی ساختمان و سطوح در بیمارستان و آزمایشگاه‌ها (شکل 7)
  •  اثر ضد بخار (شکل 8)
  •  حذف میکروارگانیسم‌ها در نواحی که استفاده از آفت‌کش‌ها و عوامل تمیزکننده شیمیایی، بی‌اثر یا ممنوع است (مانند صنایع غذایی و داروسازی)
  •  کاربردهای محیطی (تصفیه آب، پساب و هوا)
  • انجام بسیاری از واکنش‌ها و تهیه ترکیب‌های آلی (مانند پلیمری شدن، اکسایش و کاهش)

filereader.php?p1=main_46d46a759bf6cbed0
شکل 7- اثر خود تمیز شوندگی بر آجر دیوار


filereader.php?p1=main_2e3f209d4f2bb3466
شکل 8- اثر ضد بخار در آینه اتومبیل

نتیجه‌گیری:
کاتالیزورهای نوری، انرژی را از طول موج خاصی از نور دریافت کرده و باعث انجام واکنش می‌شوند. معرفی این کاتالیزورها منجر به ارایه روش‌‌های دوست‌دار محیط زیست برای بسیاری از مشکلات موجود در جوامع امروزی شده است. به‌دلیل صنعتی بودن اکثر کشورها، از میان کاربردهای گوناگون کاتالیزروهای نوری، حذف آلاینده‌ها از آب و هوا بسیار مهم است؛ چراکه کم هزینه و ایمن است و هیچ محصول جانبی و پسماندی به‌جا نمی‌گذارد. با توجه به کاهش منابع سوخت‌های فسیلی، تهیه سوخت‌های شیمیایی مانند هیدرو‌ژن که از آب‌کافت آب توسط کاتالیزورهای نوری قابل تهیه هستند، بسیار مطلوب است. تیتانیوم دی‌اکسید به‌دلیل دارا بودن خواصی از قبیل قیمت پایین، در دسترس و غیرسمی بودن، پرکاربردترین کاتالیزور نوری در اکثر موارد است. بهبود عملکرد کاتالیزور نوری به شدت به فناوری نانو وابسته است. نانوکاتالیزورهای نوری خواص کاتالیزوری نوری و استفاده‌های تجاری بهتری دارند و پژوهشگران در جستجوی روش‌های جدیدی برای تهیه نانوکاتالیزورهای نوری جامدی هستند که به‌طور مؤثر بتوانند انرژی خورشید را به انرژی شیمیایی تبدیل کنند.

منابـــع و مراجــــع

1. Hashimoto, K., Irie, H., Fujishima, A. “TiO2 Photocatalysis: A Historical Overview and Future Prospects”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 44, No. 12, pp. 8269–8285, (2005).

2. Ohtani, B. “Preparing Articles on Photocatalysis-Beyond the Illusions, Misconceptions, and Speculation”, Chemistry Letters, Vol. 37, No. 3, pp. 217-229, (2008).

3. Zhang, M., Sheng, G., Fu, J., An, T., Wang, X., Hu, X. “Novel Preparation of Nanosized ZnO–SnO2 With High Photocatalytic Activity by Homogeneous Co-Precipitation Method”, Materials Letters, Vol. 59, pp. 3641-3644, (2005).

4. Soltaninezhad, M., Aminifar, A. “Study Nanostructures of Semiconductor Zinc Oxide (ZnO) as a Photocatalyst for the Degradation of Organic Pollutants”, International Journal of Nano Dimension, Vol. 2, No. 2, pp. 137-145, (2011).

5. Anthony, B. J., Fernandez-Iba˜nez, P. A., Dunlop, P. S. M., Alrousan, D. M. A., Hamilton, J. W. J. “Photocatalytic Enhancement for Solar Disinfection of Water”, International Journal of Photoenergy, Article ID 798051, (2011).

6. Carp, O., Huisman, C. L., Reller, A. “Photoinduced Reactivity of Titanium Dioxide”, Progress in Solid State Chemistry, Vol. 32, pp. 33-177, (2004).

7. Mohamed, R. M., McKinney, D. L., Sigmund, W. M. “Enhanced Nanocatalysts”, Materials Science and Engieneering R, No. 73, pp. 1-13, (2012).

8. Linsebigler, A. L., Lu, G., Yates, J.T. “Photocatalysis on TiOn Surfaces: Principles, Mechanisms, and Selected Results”, Chemical Reviews, Vol. 95, No. 3, pp. 735-758, (1995).

9. Nasr-Esfahani, M., Montazerozohori, M., Abdi, K. “Photocatalytic Oxidation of Dihydropyrimidinones Using Titanium Dioxide Suspension”, Arkivoc, pp. 255-264, (2009).

10. Stamate, M., Lazar, G. “Application of Titanium Dioxide Photocatalysis to Create Self-Cleaning Materials”, MOCM 13, Vol. 3, (2007).

11. Colmenares, J. C., Luque, R., Campelo, J. M., Colmenares, F., Karpiński, Z., Romero A. A. “Nanostructured Photocatalysts and Their Applications in the Photocatalytic Transformation of Lignocellulosic Biomass”, Materials, Vol. 2, pp. 2228-2258, (2009).

12. Gupta, K. K., Jassal, M., Agrawal, A. K. “Sol-gel Derived Titanium Dioxide Finishing of Cotton Fabric for Self Cleaning”, Indian Journal of Fibre & Textile Research, Vol. 33, pp. 443-450, (2008).

13. Lee, S. H., Kang, M., Cho, S. M., Han, G. Y., Kim, B. W., Yoon, K. J., Chung, C. H. “Synthesis of TiO2 Photocatalyst Thin Film by Solvothermal Method with a Small Amount of Water and its Photocatalytic Performance”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol. 146, pp. 121-128, (2001).

14. Tseng, T. K., Lin, Y. S., Chen, Y. J., Chu, H. “A Review of Photocatalysts Prepared by Sol-Gel Method for VOCs Removal”, International Journal of Molecular Sciences, Vol. 11, pp. 2336-2361, (2010).

15. Gamage, J., Zhang, Z. “Applications of Photocatalytic Disinfection”, International Journal of Photoenergy, Article ID 764870, 11 pages, (2010).

16. Blake, D. M., Maness, P. C., Huang, Z., Wolfrum, E. J., Huang, J. “Application of the Photocatalytic Chemistry of Titanium Dioxide to Disinfection and the Killing of Cancer Cells”, Separation and Purification Methods, Vol. 28, No. 1, pp. 1-50, (1999).

نظرات و سوالات

نظرات

1 -1

زینب عبدی - ‏۱۳۹۶/۰۶/۰۱

ممنون، جالب بود

5 0

/ ناشناس / - ‏۱۳۹۲/۱۲/۱۶

سلام . در مقاله نوشته شده :

روش حلال دمایی شامل واکنش‌های شیمیایی در محیط آلی و روش آب دمایی شامل واکنش‌های شیمیایی در محیط آبی می باشد.

روش حلال دمایی؟؟؟

روش آب دمایی؟؟؟

ترجمه های بهتری برای solvothermal و hydrothermal انتخاب شوند بهتر است .

با تشکر از مقاله ی مفیدتان :)

2 0

سمیه سهرابی - ‏۱۳۹۲/۰۹/۲۷

به نام خدا

از مطالب جالب و زحمات شما شکر می کنم .

در قسمت 4-1-2-2

که مربوط به جفت شدن دو نیمه رسانا است. برای من یک سوال پیش آمده است:

اینکه حفره ی ایجاد شده در لایه ی ظرفیت کادمیوم سولفید باقی می‌ماند، و الکترون به نوار رسانایی تیتانیوم دی اکسید که سطح پایین‌تری دارد مهاجرت می‌کند منطقی است. اما این فلش بنفش رنگ پایین بیانگر آن است که حفره ی موجود در لایه ی ظرفیت تیتانیوم دی اکسید به لایه ظرفیت کادمیوم سولفید مهاجرت می کند .چگونه ممکن است؟؟؟

حفره به جایی برود که سطح انرژی بالاتری دارد؟

اگرچه که به نظر من چنین حفره ایی در لایه ظرفیت تیانیوم دی اکسید نباید وجود داشته باشد. چون برانگیختگی الکترون برای تیانیوم دی اکسید نداشته ایم