دانلود مقاله با موضوع اکسیداسیون

2 و همچنین اثر تابش اشعهUV (عدم حضور کاتالیزگر) همانند آنچه که در بخش2-6-4 شرح داده شد، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج در جدول3-5 و شکل3-14 آورده شده است. واضح است که دوپه کردن عناصر لانتانیدی به نانوذرات TiO2 باعث افزایش فعالیت فوتوکاتالیزگری آن میشود. اضافه کردن عناصر لانتانیدی به نانو ذرات TiO2 به دلیل افزایش سطح، به دام انداختن الکترون، کاهش شکاف انرژی و بازده تولید الکترون بالاتر سبب افزایش فعالیت تخریب فوتوکاتالیزگری میشود. به دام اندازی الکترون را با معادلههای زیر میتوان شرح داد[83]:
(3-3) TiO2 + hv → e−cb+ h+vb
Lnn+ + e−cb→ Ln (n−1)+
Lnn+ + h+vb → Ln (n+1)+
حفره میتواند به سطح TiO2 منتقل شده و با OH- برای تولید OH. فعال واکنش دهد. همچنین بعضی از عناصر لانتانید مانند ساماریم که دارای دو حالت اکسیداسیون میباشند از طریق ایجاد چرخه تبدیل [ n+] Ln به [ (n+1)+]Ln و برعکس در کاهش باز ترکیب زوج الکترون و حفره و لذا افزایش طول عمر آنها موثرند. همانطور که گفته شد در عناصر لانتانیدی اوربیتال 4f در حال پر شدن است و انرژی این اوربیتال به نوار هدایت TiO2 بسیار نزدیک است، زمانیکه عناصر لانتانیدی با TiO2 دوپه میشوند سطوح الکترونی جدیدی توسط اوربیتال4f لانتانیدها وارد شکاف انرژی TiO2 میشود که در نزدیکی لایه هدایت TiO2 قرار دارند و منجر به تشکیل اوربیتالهای (LUMO) میگردند. در نتیجه الکترونهایی که در اثر جذب انرژی از فوتونهای نور UV، از نوار ظرفیت TiO2 (O 2p) به نوارهدایت آن (Ti 3d) برانگیخته میشوند به سطح کم انرژیتر 4f در عناصر لانتانیدی وارد شده به این ترتیب شکاف انرژی TiO2 کاهش یافته و همچنین از باز ترکیبـی زوج الکتـرون و حفـره در ذرات TiO2 جـلوگیـری میشود[130و129]. از طرف دیگر اگر مقدار کاتیونهای لانتانیدی که از یک مقدار معین بیشتر شود، مقدار اضافی عناصر لانتانیدی سبب تغییر فاز آناتاز به روتیل میشود. با توجه بهتر بودن خاصیت فوتوکاتالیزگری فاز آناتاز نسبت به فاز روتیل، این امر منجر به کاهش فعالیت فوتوکاتالیزگری نانوکامپوزیتهای تهیه شده میگردد. حدس زده میشود در مقادیر بالای عناصر لانتانیدی به صورت یک فاز جداگانه قرار گرفته و در شبکه TiO2 مشارکت نداشته باشند. بنابراین شکاف انرژی TiO2 کاهش نیافته و فعالیت فوتوکاتالیزگرها کاهش مییابد.
فعالیـت فوتوکاتـالیـزگـری بستـرهای Ln- TiO2 به ترتیب Eu -TiO2 > Sm-TiO2> Nd- TiO2> Pr- TiO2 > Tb -TiO2 میباشد. این روند با انرژی الکترونخواهی لانتانیدها به طور کامل تطابق دارد. در میان عناصر لانتانیدی به کاربرده شده، برای Eu3+ (f 6) بیشترین الکترونخواهی و برای Tb3+ (f 8) کمترین الکترونخواهی انتظار میرود. روند تغییر انرژی الکترونخواهی در لانتانیدها برای فرایند انتقال الکترون به اوربیتال f در شکل3-13 نشان داده شده است[131].

  پایان نامه با موضوععرضه کنندگان، بهبود مستمر

شکل 3-13: انرژی الکترونخواهی لانتانیدها برای فرایند Ln0(4f n6s2) + e- → Ln-(4f n+16s2)

جهت بررسی میزان اثر نور به تنهایی بر روی واکنش تخریب فوتوکاتالیزگری رنگ، متیل اورانژ تنها (بدون حضور کاتالیزگر) در معرض تابش نورUV قرار گرفت. مشاهده گردید که تغییر در جذب محلول بسیار ناچیز میباشد که نشان میدهد تنها مقدار بسیار اندکی از رنگ توسط نور تخریب شده است.

جدول3-5: تاثیـر دوپــه کــردن عنــاصرلانتــانیدی بر فعــالیـت فوتوکــاتالیــزگـری فوتـوکاتـالیزگرهای TiO2/ Ln= ( Pr, Nd, Sm, Eu, Tb) در تخریب متیل اورانژ و اثر تابش اشعهUV (عدم حضور کاتالیزگر) در شرایط بهینه.

Tb-TiO2

Eu-TiO2

Sm-TiO2

Nd-TiO2

Pr-TiO2

TiO2

فوتوکاتالیزگراستفاده شده

26

71

65

57

46

11

2

در صد تخریب رنگ

شکل3-14: تاثیــر دوپـه کـردن عنـاصرلانتـانیـدی بر فعـالیـت فوتـوکاتـالیـزگـری فوتـوکـاتالـیزگـرهـای Ln= ( Pr, Nd, Sm, Eu, Tb)-TiO2 در تخریب متیل اورانژ و اثر تابش اشعهUV (عدم حضور کاتالیزگر).

دیدگاهتان را بنویسید