فصلنامه نانو مواد
پیاپی 46 (تابستان 1400)

در این پژوهش، سنتز و ساخت نانوذرات TiO2 با آلایندگی گوگرد و نقره به روش سل-ژل گزارش شده است. اندازه تنش، کرنش، دانسیته انرژی شکل یافته شبکه کریستالی با تحلیل مدل های مختلف ویلیامسون- هال و هالدر- وگنر مورد بررسی قرار گرفت. نانوذرات سنتز شده با استفاده از تکنیک های XRD، SEM، TEM، پراکندگی انرژی پرتو ایکس، FTIR، جذب پرتو فرابنفش- مریی و جذب- واجذب گاز نیتروژن مطالعه و بررسی شد. آلاینده های استفاده شده پیک مشخصی که موید تشکیل فاز بلوری باشند در فاز آناتاز تشکیل شده ایجاد نکردند. تخریب فتوکاتالیستی چند نوع از آلاینده های شایع صنعت نساجی به نام های متیلن بلو، متیلن اورانژ و اوانس بلو در محلول آبی شامل نانوذرات و تحت تابش نور فرابنفش و یا نوری مریی صورت پذیرفته است. فعالیت فتوکاتالیستی نانوذرات سنتز شده بر اساس تخریب و دکلره کردن رنگ ها میسر می گردد. حضور آلاینده هایی چون نقره و گوگرد در ماتریس نانوذرات، فعالیت فتوکاتالیستی، ویژگی های الکتریکی و اپتیکی را به دلیل تغییرات در ماتریس شبکه و افزایش مساحت موثر نانوذرات ارتقا می دهد. شکل و اندازه میانگین نانوذرات توسط SEM و TEM به صورت کروی و nm 30 برآورد شده است. جذب- واجذب نیتروژن و جذب UV برای تعیین گاف نواری، حجم حفرات، شکل حفرات و ضخامت لایه جذب شده و مساحت موثر حفرات بکار گرفته شد. نتایج بدست آمده نشان دادند که نانوذرات سنتز شده بیشترین تاثیر را در تخریب رنگ اوانس بلو داشتند و گاف نواری نوری eV 82/2 برآورد گردید.

در پژوهش حاضر، مزوپور سیلیکاتی کیت-6 بر روی سطح هسته مگنتیت پوشش دار شده با سیلیکا سنتز شد و به روش شیمیایی سطح نانوکامپوزیت بوسیله گروه های پروپیل آمین عامل دار شد تا نانوکامپوزیت مزوپور کیت-6 عامل‎دار شده با گروه آمین (MMNCs-NH2)، بدست آید. سپس کار‎آیی آن به عنوان یک جاذب برای حذف یون های نیترات، از محلول‎های‎ آبی مورد بررسی قرار گرفت. خواص و مورفولوژی نانوکامپوزیت‎های سنتزی بوسیله روش‎های XRD‎، BET، BJH و SEM مشخص شد. به منظور حذف یون های نیترات توسط MMNCs-NH2 و دست یابی به بیشترین ظرفیت جذبی، تاثیر متغیرهای مختلف بر درصد حذف نیترات شامل وزن جاذب، قدرت یونی، زمان هم زدن و pH نمونه با استفاده از طراحی آزمایش تاگوچی (4 متغیر در 3 سطح) مطالعه و بهینه شد. بر طبق نتایج حاصل از بهینه سازی برای  mL 25 نمونه حاوی mg/L 25 نیترات، وزن جاذب g 04/0 (g/L 6/1)، قدرت یونی صفر، زمان همزدن min 30 و pH نمونه 3، به عنوان شرایط بهینه انتخاب شد. داده‎های سینتیکی با استفاده از مدل‎های شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم و نفوذ درون ذره‎ای مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت که نتایج بطور کامل با مدل شبه مرتبه دوم با 9998/0 R2= و  mg g-191/9qeq=  مطابقت داشت. پردازش داده‎های جذب یون های نیترات بر روی MMNCs-NH2 نشان داد که داده های جذبی تبعیت بهتری از مدل ایزوترم فروندلیچ نسبت به مدل لانگمویر نشان می دهند. در نهایت سه نمونه آب حقیقی شامل آب دریا و نمونه های آب چاه مورد بررسی قرار گرفت. بررسی نمونه های حقیقی تایید نمودکه مزوپورکیت-6 مغناطیسی آمین دار می‎تواند به عنوان جاذبی ارزان و کارآمد برای حذف نیترات از محلول‎های آبی مورد استفاده قرار‎گیرد.

در این کار پژوهشی، ابتدا نانوساختارهای حلقوی (شش ضلعی) مزومتخلخل کبالت هیدروکسید با استفاده از روش ساده و مقرون به صرفه ترسیب شیمیایی در محلول آبی سنتز شد. سپس نانوذرات کبالت هیدروکسید از پیش سنتز شده با حفظ ساختار و موفولوژی اولیه طی عملیات های حرارتی متفاوت به نانوذرات کبالت اکسید تبدیل شد. نانوذرات نهایی، مورفولوژی حلقه های شش ضلعی را نشان می دهند. مزیت این روش، سنتز نانوحلقه های شش ضلعی بدون استفاده از هرگونه قالب یا سورفاکتانت و حفظ ساختار اولیه نانوذرات طی فرآیند حرارت دهی و تبدیل نانوذرات کبالت هیدروکسید به کبالت اکسید می باشد که با استفاده از میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM) قابل اثبات است. برای مطالعات ساختاری و ترکیب شیمیایی نانوذرات از تکنیک هایی نظیر میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM)، طیف سنجی پراش پرتو ایکس (XRD) و تخلخل سنجی توسط جذب و واجذب نیتروژن (BET) استفاده شد. اندازه گیری های BET ماهیت مزومتخلخل بودن نانوحلقه ها و برخورداری خوبی از سطح ویژه و حجم منافذ را نشان می دهد. نمونه C4 با حجم حفره cm3/g 50/0 بیشترین مقدار را از لحاظ حجم حفرات در میان نمونه ها از خود نشان داد. در ضمن مشخص گردید که اندازه و مورفولوژی ذرات تغییری نکرده ولی میزان تخلخل تحت تاثیر قرار گرفته است. ما معتقدیم این راهکار و روشی که در این کار پژوهشی ارایه شده است می تواند جایگزین روش های پرهزینه، پیچیده و طولانی مدت گردد. لازم بذکر است که این نانوذرات بدلیل دارا بودن شکل و مورفولوژی خاص، حجم قابل توجه حفرات و سطح ویژه بالا قابلیت استفاده در زمینه های مختلف نانوتکنولوژی (اعم از مباحث انرژی، کاتالیستی و فوتوکاتالیستی و...) را دارد.

در این تحقیق نانوکامپوزیت مبتنی بر V4AlC3 با روش سینتر جرقه پلاسمای واکنشی (RSPS) با استفاده از مواد اولیه V2O5:Al:C در دمای °C 1400 سنتز شد. بررسی های فازی از نانوکامپوزیت تهیه شده با استفاده از آزمون پراش پرتوی ایکس (XRD) انجام شد. ریزساختار نانوکامپوزیت سنتز شده با استفاده از آزمون میکروسکوپی الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) مورد ارزیابی قرار گرفت. استحکام خمشی و خواص سایشی نانوکامپوزیت سنتز شده به ترتیب با استفاده از آزمون های خمش سه نقطه ای و آزمون پین بر روی دیسک مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمون پراش پرتوی ایکس تشکیل فاز V4AlC3 را به عنوان فاز اصلی در کنار محصولات جانبی Al2O3 و V2AlC نشان داد. بررسی های ریزساختاری ساختار لایه ای نانوکامپوزیت را تایید نمود. همچنین آزمون شیمیایی نقشه عنصری حضور عناصر وانادیوم، کربن و آلومینیوم را تایید کرد. استحکام خمشی برای نانوکامپوزیت سنتز شده برابر با MPa 18±388 حاصل شد. نرخ سایش برای کامپوزیت تهیه شدهmm3/Nm  10-4×4/2 بدست آمد. مطالعات ریزساختاری سطح نانوکامپوزیت پس از آزمون سایش نشان داد مکانیزم اصلی سایش برای نانوکامپوزیت ساخته شده سایش اکسیداسیون می باشد.

در این تحقیق محاسبات ابتدا به ساکن ساختار الکترونی و مغناطیسی ابرشبکه های LaMnO3/SrTiO3، LaMnO3/SrMnO3 و LaTiO3/SrTiO3 با تقریب LDA+U و با استفاده از روش شبه پتانسیل فوق نرم بر پایه نظریه تابعی چگالی انجام شده است. بسته محاسباتی مورد استفاده در این تحقیق Pwscf است که برای بررسی ساختار الکترونی مناسب تر است. استفاده از تقریب LDA+U در دستگاه های همبسته قوی منوط به داشتن مقدار پارامتر هابارد است. با استفاده از روش پاسخ خطی مقدار پارامتر هابارد برای اتم منگنز eV 5/3 و برای اتم تیتانیوم eV 5 بدست آمده است که در توافق خوبی با نتایج تجربی است. برای ساخت ابرشبکه های LaMnO3/SrTiO3، LaMnO3/SrMnO3 و LaTiO3/SrTiO3 از زیرلایه SrTiO3 استفاده شده است. محاسبات چگالی حالات، فاز فرومغناطیس و نیم فلز را برای ترکیب بلوری LaMnO3، فاز پارامغناطیس و عایق برای ترکیب SrTiO3 و فاز پاد فرومغناطیس نوع G و عایق را برای ترکیب های بلوری SrMnO3 و LaTiO3 نشان می دهد. با محاسبه چگالی حالات جزیی ترکیب های بلوری اولیه و محاسبه چگالی حالات ابرشبکه ها دیده شد که با وجود شباهت ساختاری ترکیب های بلوری LaMnO3، SrTiO3، SrMnO3 و LaTiO3 اما با قرار دادن لایه های اتمی آن ها به صورت متناوب، در فصل مشترک لایه های اتمی در ابرشبکه ها از نظر ساختار الکترونی، خواص مغناطیسی و الکتریکی نسبت به حالت های بلوری تشکیل دهنده آن ها تفاوت های چشمگیری از خود نشان می دهند. پیش بینی پیکربندی مغناطیسی ابرشبکه ها، انرژی برهمکنش تبادلی بین نزدیک ترین همسایه ها محاسبه شده است. انرژی تبادلی بین اتم های Mn-Mn، از مرتبه eV 3- 10×01/4-، بین اتم های Ti-Mn از مرتبه eV 3- 10×01/2- و همچنین انرژی برهمکنش تبادلی بین اتم های Ti-Mn از مرتبه eV 3- 10×10/3- در فصل مشترک لایه ها و منفی بدست آمد که نتایج محاسبات انرژی برهمکنش تبادلی نشان می دهد که پیکربندی ناشی از اتم های فصل مشترک لایه ها در ابرشبکه ها فرومغناطیس است که نتیجه گذار الکترون در لایه های فصل مشترک است که سبب بهینه سازی پیکربندی در فصل مشترک ابرشبکه ها می گردد.

در این پژوهش، از روش نهشت بخار شیمیایی (CVD) برای رشد مستقیم نانولوله های کربنی (CNTs) بر روی بستر کاغذ کربنی تلقیح شده در کاتالیست آهن استفاده شد. پارامترهای موثر بر کیفیت و چگالی رشد نانولوله ها مانند غلظت و زمان تلقیح کاتالیست آهن، زمان و دمای رشد نانولوله و نسبت شارش گاز حامل به تغذیه کننده مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آنالیزهای FESEM، طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDS)، پراکندگی رامان و TEM، مشخص کرد غلظت M 3/0 و زمان تلقیح min 60 آهن، دمای رشد °C 800، زمان رشد min 20 و نسبت شارش 15/150 Ar/C2H2:، شرایط بهینه رشد میکرومتری و شبکه ای نانولوله های کربنی بر روی بستر کاغذ کربنی می باشد. سپس به منظور بررسی این ساختار به عنوان بستر الکتروکاتالیست پیل سوختی پلیمری، کاتالیست پلاتین با روش کاهش اتیلن گلیکول بر روی آن بارگذاری شد و کارایی آن با کاتالیست تجاری پلاتین نشانده شده بر بستر کربن سیاه، توسط تست نیم سل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تست نیم سل نشان داد که استفاده از نانولوله های کربنی به جای کربن سیاه، باعث شد بیشینه چگالی توان از 43/4 به mWcm-2 90/9 افزایش پیدا کند. افزایش 123% بیشینه چگالی توان می تواند به دلیل پخش بهتر ذرات پلاتین و افزایش در دسترس پذیری آن ها به علت ساختار هندسی ویژه نانولوله ها و یا حمل و نقل الکترونی آسان بین پلاتین و بستر کربنی به علت رسانایی فوق العاده نانولوله های کربنی باشد. همچنین اصلاح نهایی الکترود با استفاده از اتمسفر کاهنده گاز هیدروژن، با هدف بهبود کارایی بدون افزایش بارگذاری کاتالیست پلاتین، باعث شد بیشینه چگالی توان از 90/9 به mWcm-2 36/18 تغییر کند که در حدود 85% افزایش را نشان می دهد.