مقايسه خواص فوتوالكتروكاتاليستي پوششهاي دياكسيد منگنز توليد شده به دو روش رسوب‌دهي الكتريكي و پاشش حرارتي

در اين پژوهش، پوشش‌هاي γ-MnO₂ روي زيرلايه‌هاي تيتانيوم با استفاده از دو روش مجزاي رسوبدهي الكتريكي و پاشش حرارتي ايجاد شدند. به منظور فراهم كردن شرايط قابل مقايسه بين دو پوشش، زمان و ولتاژ فرايند رسوبدهي الكتريكي بهينهسازي شد تا ضخامت پوشش حاصل با ضخامت پوشش پاشش حرارتي تقريبا برابر باشد. پوشش‌هاي حاصل توسط مشاهدات ميكروسكوپي الكتروني روبشي، پراش پرتو ايكس و آناليز طيفسنجي بازتابي مشخصهيابي شدند. در ادامه، رفتار الكتروشيميايي اين پوشش‌ها با انجام آزمون‌هاي طيف‌سنجي امپدانس الكتروشيميايي، ولتامتري چرخه‌اي، ولتامتري روبشي خطي و تحليل موت- شاتكي در شرايط تاريك و تحت تابش نور مرئي بررسي شد. عملكرد فوتوكاتاليستي، الكتروكاتاليستي و فوتوالكتروكاتاليستي پوشش‌ها با استفاده از تخريب رنگ دانه متيلنبلو ارزيابي شد. تجزيه و تحليل‌هاي ساختاري و الكتروشيميايي، تشكيل فاز γ-MnO₂ را در هر دو پوشش تأييد كرد، بهطوري كه نمونه پاشش حرارتي مورفولوژي ناهموارتر، متخلخل‌تر و با آبگريزي بالاتري را نشان داد، در حالي كه نمونه رسوبدهي الكتريكي ريزساختار متراكم‌تر با پايداري مكانيكي بيشتر نشان داد. اين تفاوتهاي ساختاري منجر به رفتارهاي الكتروشيميايي متفاوت شد. تجزيه و تحليل موت- شاتكي نشان داد كه هر دو پوشش داراي رفتار نيمهرساناي نوع n هستند. الكترود پاشش شده حرارتي پتانسيل باند سطح منفي‌تر (VAg/AgCl20/1- Efb =)، چگالي جريان بالاتر (‎> mA/cm2 1/0) كه از آزمون ولتامتري چرخهاي با سرعت اسكن 20، 50 و mV/s 100 در محدوده ولتاژ 3/0- تا 3/0+ ولت بدست آمده است و پتانسيل رهايش اكسيژن بيشتري (V 29/1) از خود نشان داد كه به عملكرد برتر آن در تخريب الكتروكاتاليستي (تخريب ~ 83 % متيلن بلو) انجاميد. علاوه بر اين، اين الكترود به دليل طول عمر طولانيتر حاملهاي بار و ويژگي‌هاي بهينه ‌شده ترشوندگي سطح، فعاليت فوتوكاتاليستي بهتري (~ 59 %) را نشان داد. عليرغم تفاوتهاي ساختاري و الكتروشيميايي، هر دو الكترود به راندمان فوتوالكتروكاتاليستي قابل مقايسه‌اي (~ 96 %) دست يافتند كه نشان‌دهنده تعامل پيچيده بين خواص ساختاري، الكترونيكي و سطحي در طي فرايندهاي فوتوالكتروكاتاليستي است. آزمون شناساگر نشان داد كه در فرايندهاي فوتوكاتاليستي و الكتروكاتاليستي راديكال‌هاي سولفات گونه‌هاي فعال اصلي در واكنش هاي اكسيداسيون هستند و راديكال‌هاي سوپراكسيد نقش ثانويه دارند. ليكن در فرآيند فوتوالكتروكاتاليستي هر سه گونه راديكالي سولفات، سوپراكسيد و هيدروكسيل به عنوان گونه‌هاي واكنش‌پذير معرفي شدند. جهت بررسي قابليت استفاده مجدد و پايداري عملكردي الكترودها آزمون تخريب الكتروشيميايي تا پنج چرخه متوالي انجام شد. نتايج نشان داد كه در پايان پنج چرخه، راندمان تخريب نمونه رسوبدهي الكتريكي از 79 به 74 % كاهش يافت، درحالي كه راندمان نمونه پاشش حرارتي از 83 به 59 % افت كرد. اين يافته‌ها بينش ارزشمندي در مورد روابط ساختار-عملكرد پوشش‌هاي اكسيد منگنز فراهم مي‌آورند و مي‌توانند مبناي بهينه‌سازي روش‌هاي ساخت كاتاليزورهاي كاربردي در فرايندهاي تصفيه و تخريب رنگدانهها و آلايندهها قرار گيرند.

236085

خوردگي و حفاظت از مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان