عنوان :
ساخت، شناسايي و بررسي عملكرد فوتوكاتاليست اصلاح‌شده بر پايه TiO2 براي واكنش فوتوكاتاليستي شكافت آب جهت توليد هيدروژن
نويسنده اصلي :
ملاولي، مجيد mollavali, majid
كليدواژه فارسي :
ط + 152 ص.، تصوير، جدول، نمودار، 265 كتابنامه
چكيده :
يافتن منابع تجديدپذير براي جايگزيني سوخت‌هاي فسيلي در عصر پيش‌رو، امري ضروري است. در اين ميان انرژي خورشيدي يكي از مطمئن‌ترين منابع انرژي براي آينده است. يكي از جذاب‌ترين موضوعات مورد تحقيق توسط دانشمندان عصر حاضر، نيل به دانش فني شكافت نوري يا فوتوكاتاليستي آب جهت توليد هيدروژن خورشيدي است. اين مطلب مي‌تواند تغيير از اقتصاد بر پايه نفت را به اقتصاد هيدروژن بنيان تبديل و هيدروژن را در آينده به‌عنوان يك سوخت پاك و سبز معرفي كند. در ميان انواع متعدد سيستم‌هاي فوتوكاتاليستي، توانايي فوتوالكترودهاي پايه دي‌اكسيد تيتانيوم به‌عنوان يك نيمه‌رسانا موفق اثبات شده است. در اين ميان نيز نانولوله‌هاي TiO2، تهيه‌شده به روش آندي شدن الكتروشيميايي تيتانيوم به دليل ويژگي‌هاي خاص آن‌ها، ازجمله پايداري فوتوالكتروشيميايي بالا در بيشتر محلول‌هاي آبي، هزينه پايين ساخت، مكانيسم انتقال الكترون سريع، خنثي بودن شيميايي و غير سمي بودن توجهات زيادي به خود گرفته است. با وجود تمامي فوايد ذكرشده عملكرد فوتوالكتروشيميايي اين نيمه‌رساناي اكسيد فلزي به‌عنوان يك فلز منفرد در توليد هيدروژن خورشيدي ضعيف است (به دليل شكاف انرژي بالا، eV 2/3-3) كه معمولاً جذب نور را تنها به ناحيه نور فرابنفش (nm 385 > λ) محدود مي‌كند. لذا، طراحي يك سيستم فوتوكاتاليستي كارا بر پايه TiO2 براي توليد فوتوالكتروشيميايي هيدروژن كاملاً ضروري به نظر مي‌رسد كه به‌طور همزمان بتواند در هر دو فرابنفش و مرئي فعاليت كند. با تعاريف فوق، در اين تحقيق ابتدا نانولوله‌هاي دي‌اكسيد تيتانيوم با دانسيته بالا به روش آندي شدن فويل تيتانيوم در محلول الكتروليت اتيلن گلايكولي شامل فلوئوريد آمونيوم تهيه گرديد. سپس تمامي موارد فوق جهت آلايش دي‌اكسيد تيتانيوم با يون‌هاي كربن، نيتروژن و نيكل با الكتروليتي شامل فلوئوريد آمونيوم و غلظت‌هاي مختلف از K2[Ni(CN)4] تكرار شد. يون‌هاي آنيوني كربن و نيتروژن و همچنين يون فلزي نيكل به‌عنوان آلاينده وارد ساختار دي‌اكسيد تيتانيوم شد. تحت تابش نور مرئي ميانگين دانسيته جريان نمونه بهينه آلاييده شده 10 برابر بيشتر از مشابه آلاييده نشده گزارش گرديد. در فاز دوم تحقيق اثر حضور نيمه‌هادي‌هاي ديگر در كنار دي‌اكسيد تيتانيوم جهت توليد يك نيمه‌هادي مركب كارا و كاملاً فعال در طيف‌هاي نوري فرابنفش و مرئي بررسي گرديد. در اين بخش نانوذرات سولفيد نيكل (NiS) به‌روش سيلار (SILAR) بر روي نانولوله‌هاي دي‌اكسيد تيتانيوم رسوب داده شد. همچنين غلظت و تعداد بهينه (از نظر بالا بردن كارايي نوري) سيكل‌هاي بارگذاري روش سيلار جهت رسوب‌دهي مؤثرتر اين نانو ذرات تعيين گرديد. نيمه‌هادي مركب NiS/TiO2، به‌واسطه حضور ذرات سولفيد نيكل كه كاملاً فعال در محدوده طيف مريي مي‌باشند، خواص فوتوكاتاليستي فوق‌العاده از خود نشان داد. دانسيته جريان نوري بالا و معادل با mA/cm2 68/7 تحت تابش طيفي نور شبيه‌سازي‌شده خورشيد به دست آمد كه بيش از 10 برابر بزرگ‌تر از حالت متناظر با نانولوله‌هاي TiO2 خالص بود. همچنين ميزان بازدهي نوري يا همان ميزان تبديل فوتون به جريان (IPCE) و بازدهي تبديل نور خورشيد به هيدروژن به صورت تئوري (Solar to hydrogen conversion efficiency, STH%) نيمه‌هادي مركب NiS/TiO2 به ترتيب معادل 45% و 5/9% گزارش شد. در فاز نهايي اين تحقيق اثر حضور نيمه‌هادي‌هاي ديگر نيز شامل CdS و ZnS جهت افزايش كارايي نوري بررسي گرديد. در اين بخش نيز هر سه نيمه‌هادي فعال نوري NiS، CdS و ZnS به روش سيلار بر روي نانولوله‌ها جذب گرديدند. همچنين جهت حداكثري كردن ميزان جذب نور و افزايش كارايي، نانولوله‌هاي دي‌اكسيد تيتانيوم حين سنتز و به‌واسطه حضور ماده KCN در محلول الكتروليت با يون‌هاي كربن و نيتروژن آلاييده گرديدند. ساختار فيزيكي و شيميايي فيلم‌هاي ساخته‌شده به روش‌هاي مذكور توسط آناليزهاي Fe-SEM، EDX، XPS، XRD و DRS-spectra UV-Vis مورد بررسي و بحث قرار گرفته است. نمونه كامپوزيتي C,N-TiO2/NiS/CdS/ZnS دانسيته جريان نوري بسيار بالا و حدود mA/cm2 3/18 را از خود نشان داد. به علاوه ركوردي در ميزان بازدهي نوري در زمينه فوتوآنودها و معادل با 82% توسط نمونه مذكور ثبت گرديد. ميزان بازدهي عملياتي تبديل نور خورشيد به هيدروژن نيز براي نمونه مذكور 8/21% به دست آمد.
شماره ركورد :
100484
دانشگاه :
دانشگاه صنعتي اميركبير
محل تحصيل - جزئيات :
اساتيد راهنما - جزئيات :
استاد مشاور :
روحاني، سهراب rohani, sohrab
رشته تحصيلي - جزئيات :
كليدواژه فارسي - جزئيات :
كليدواژه لاتين - جزئيات :
اساتيد مشاور - جزئيات :
استاد راهنما :
فلامكي، كاووس ّfalamaki, cavus
پديدآورندگان ديگر - جزئيات :
نسخه ديجيتال :
دارد
آدرس اينترنتي :
لينک به اين مدرک :

بازگشت