تهيه و شناسايي هيبريدهاي گرافني با تركيب‌هاي روي و مس براي توليد جريان نوري و هيبريدهاي گرافن اكسيد براي جذب يونهاي +2 Ni2+، Hg2+، Pb2+، Cd2+، Cu

دكتري

در اين تحقيق نانوصفحه‌هاي گرافن كم لايه با فرآيند تك مرحله‌اي ساده¬تر و ارزان¬تر نسبت به روش هومرز تهيه شدند. اين فرآيند شامل اكسايش ملايم گرافيت در مخلوط اسيد-پتاسيم پرمنگنات در دماي °C60 بود. در اين فرآيند تاثير مقدار اكسنده و زمان واكنش، روي ميزان اكسايش و جدا شدن لايه‌هاي گرافيت مورد بررسي قرار گرفت. گرافن تهيه شده بدون نياز به اصلاح محلول در آب بود و با كمك روش‌هاي FT-IR، XPS، XRD، Raman، AFM، TEM، SEM، زتا پتانسيومتري و مشخصه‌يابي جريان-ولتاژ مورد شناسايي قرار گرفت. همچنين رنگدانه روي فتالوسيانين تترا كربوكسيليك اسيد (ZnPc(COOH)4)، در فرآيندي سريع و بدون حلال و با كمك امواج ريز تهيه شد. فرآيند آبي-حرارتي نيز براي تهيه‌ي نانوذرات روي سولفيد پوشيده شده با مولكول 3-مركاپتو پروپيونيك اسيد (MPA)، نانوذرات روي اكسيد عامل‌دار شده با ليگاند 4،'4-بي¬پيريدين (bipy) و نانوصفحه¬هاي مس اكسيد استفاده شد. نانوهيبريدهاي تهيه شده در اين تحقيق بر پايه¬ي نانوذرات روي سولفيد و روي اكسيد آماده شده بودند. براي تشكيل نانوهيبريدهاي بر پايه‌ي روي سولفيد، يك روش تك مرحله‌اي ساده و نو طراحي و استفاده شد. اين نانوهيبريدها خود به دو دسته تقسيم شدند. در دسته‌ي اول، رنگدانه‌ي روي فتالوسيانين و محلول آبي گرافن آماده شده به كار رفتند. در دسته‌ي دوم، از نانوصفحه‌هاي مس اكسيد و گرافن استفاده شد. نانوهيبريدهاي بر پايه‌ي روي اكسيد نيز از محلول آبي گرافن آماده شده و رنگدانه‌ي روي فتالوسيانين بر اساس روشي ساده و نو تهيه شدند. نانوهيبريدهاي تهيه شده با روش‌هاي مختلفي مانندXRD ، TEM، SEM، FT-IR، Raman، PL و DRS شناسايي شدند. سپس با بررسي خواص نوري و فوتوالكتروشيميايي آن‌ها، مقدار بهينه‌ي هر يك از اجزا در نانوهيبريدهاي دو جزيي و سه جزيي براساس بالاترين پاسخ نوري تعيين شد. فوتوالكترودهاي نانوهيبريدها و اجزاي آن‌ها با روش نشاندن نمونه روي سطح شيشه‌ي رساناي ITO آماده شدند. خواص فوتوالكتروشيميايي فوتوالكترودها نيز با روش‌هاي كرونوآمپرومتري، ولتامتري چرخه¬اي و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي تحت تابش نور مريي بررسي شدند. مكانيسم انتقال بار، توليد جريان نوري و نقش هر ‌يك از اجزا در نانوهيبريدها مورد ارزيابي قرار گرفتند. روش¬هاي طراحي شده براي تهيه¬ي نانوهيبريدها و انتخاب نيمه¬هادي¬هاي نوع p شامل مس اكسيد و روي فتالوسيانين، روي بهبود خواص نوري تركيب¬هاي روي اكسيد و روي سولفيد بسيار موثر بودند و موجب افزايش چشمگير توليد جريان نوري آن¬ها در ناحيه¬ي مريي شدند. افزودن گرافن به نانوهيبريدها نيز موجب افزايش توانايي آن¬ها در جذب نور مريي و جداسازي بارها شد كه افزايش قابل توجه توليد جريان نوري را به دنبال داشت. همچنين نانوصفحه¬هاي گرافن اكسيد با روش اصلاح شده‌ي هومرز تهيه شد. سپس با روشي جديد و كارآمد با ليگاندهاي معدني 2،'2-دي پيريديل آمين (DPA) و 2-پيريدين كربوكسالدهيد تيوسمي‌كاربازون(2-PTSC) ، در آزمايش‌هاي جداگانه عامل‌دار شد. اتصال ليگاندها به سطح گرافن اكسيد با روش‌هاي شناسايي FT-IR، XPS، XRD، CHNS، AFM و SEM تاييد شد. سپس هيبريد گرافن اكسيد با ليگاند DPA، در جذب هم¬زمان‌ يون‌هاي فلزي Pb2+، Cd2+، Cu2+ و Ni2+ به كار رفت. هيبريد گرافن اكسيد با ليگاند 2-PTSC نيز به عنوان جاذب‌ يون Hg2+ استفاده شد. براي بازدهي بيشتر فرآيند جذب امواج فراصوت نيز به كار گرفته شد. بهينه‌سازي متغيرهاي تاثيرگذار روي ظرفيت جذب شامل مقدار جاذب، pH، زمان و غلظت اوليه‌ي ‌يون فلزي با روش طراحي آزمايش و به كمك طرح مركب مركزي انجام گرفت. تاثير هر ‌يك از متغيرها و برهم‌كنش ميان آن‌ها روي ظرفيت جذب جاذب با كمك روش سطح پاسخ مطالعه شدند. مكانيسم فرآيند جذب نيز با بررسي مدل‌هاي هم¬دماي جذب سطحي لانگموير و فروندليچ بررسي شد. همچنين كارايي جاذب¬ها روي چند نمونه‌ي حقيقي امتحان شد. ليگاندهاي انتخاب شده، روش اصلاح گرافن اكسيد، روش بهينه‌سازي متغيرها و استفاده از امواج فراصوت در فرآيند جذب موجب افزايش چشمگير ظرفيت جذب گرافن اكسيد شدند. واژه‌هاي كليدي: نانوهيبريد، گرافن، روي سولفيد، روي اكسيد، رنگدانه، روي فتالوسيانين، مس اكسيد، جريان نوري، گرافن اكسيد، 2،'2-دي پيريديل آمين، 2-كربوكسالدهيد تيوسمي‌كاربازون، جذب، بهينه‌سازي.

189318

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر روح ا... زارع دورابي

شيمي معدني

دكتر آزاده تجردي