بررسی خواص ساختاری و فتوکاتالیستی نانوذرات تیتانیای دوپ شده با کاتیون های فلزی

در این تحقیق، مقادیر مختلف از پودر تیتانیای دوپ شده با سریم ( با ۵-۲-۱-۵/۰ درصد مولی Ce) و تیتانیای دوپ شده با قلع (با ۱۵-۱۰-۵-۱ درصد مولی Sn) آماده شد. همچنین نمونه­ های مختلف نانوذرات TiO2 با دوپ همزمان Sn و  Ce (2-1-5/0 درصد مولی Ce و ۱۰-۵-۱ درصد مولی Sn) به ­روش سنتز ساده سل-ژل با استفاده از نیترات سریم ۶ آبه به­ عنوان پیش­ماده سریم، کلرید قلع ۲ آبه به ­عنوان پیش­ماده قلع و تیتانیوم بوتوکساید(TBT) به­ عنوان پیش­ماده تیتانیوم تهیه شد. (دمای کلسیناسیون برای نمونه­ ها با دوپ همزمان در محدوده­ی C˚۹۷۵-۴۷۵ بودند.)

بررسی و مطالعه خواص ساختاری،  فتوکاتالیستی، نوری، عنصری و شیمیایی نمونه­ های تهیه شده با استفاده از روش­های مختلف مانند DLS، TG-DTA، XRD، FE-SEM، EDX، BET،XPS  و FT-IR ارزیابی شد.

نتایج XRD نشان می­دهد که اضافه کردن ناخالصی در کریستالیته و اندازه ذرات TiO₂ تاثیر زیادی دارد. متوسط اندازه کریستالیت نمونه­ ها با استفاده از فرمول شرر محاسبه شد همچنین پارامترهای سلول واحد تعیین گردید. دوپ قلع در شبکه تیتانیا منجر به تشویق استحاله فازی آناتاز به روتایل گردیده است در حالی که دوپ سریم در شبکه تیتانیا از استحاله فازی آناتاز به روتایل جلوگیری کرده است. مشخص شد که فتوکاتالیست تهیه شده از ذرات کروی شکل تشکیل شده است که اندازه ذرات آن از نمونه بدون دوپنت کوچک­تر بود. لبه جذب نوری نانوذرات فتوکاتالیست تیتانیا تهیه شده با دوپ همزمان در محدوده نور مرئی مشاهده شد و توانایی بالایی برای تخریب متیلن بلو تحت تابش نور مرئی از خود نشان دادند. نتایج نشان داد بهترین خواص فتوکاتالیستی نانوپودرها با دوپ همزمان Ce و Sn  تحت تابش نور مرئی مربوط به نمونه­ی TSC₆ می­باشد. همچنین نمونه­ ی همراه با دوپ همزمان دارای خواص فتوکاتالیستی بهتری در مقایسه با نمونه­­ های تک دوپنت بود. طیف جذب تیتانیای دوپ شده با Sn و Ce دارای شیفت پیک قابل ملاحظه­ای به­سمت ناحیه مرئی بود. این امر را می­توان به ایجاد یک تراز جدید در وسط باند ممنوعه TiO₂ نسبت داد. علاوه بر این، دوپ سریم می­تواند سبب کند شدن فرآیند بازترکیب الکترون و حفره در تیتانیا گردد. باتوجه به بررسی XPS، عنصر Ti عمدتاً به­صورت شیمیایی Ti⁴⁺ وجود داشت. Ce به­ صورت ترکیبی از حالت­های اکسیداسیون Ce³⁺ و Ce⁴⁺ یافت شد.