Loading...

The Effect of Graphene Quantum Dots Addition in Modifying 1D ZnO Nanostructured Photocatalysts

Ebrahimi, Mahdi | 2018

1801 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 50749 (04)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Physics
  6. Advisor(s): Moshfegh, Alireza
  7. Abstract:
  8. In this research, two type of graphene quantum dots (GQDs) have synthesized including, normal GQDs and nitrogen-doped GQDs (N-GQDs). Then, each of GQDs were deposited on the 1 dimensional zinc oxide (ZnO) nanostructures namely nanowires (NWs) and branched hierarchical (BH) systems. Then, photocatalytic activity of the samples were studied in photodegradation of methylene blue (MB) and methylene orange (MO) under visible light. First, ZnO nanowires (ZnO NWs) were fabricated by anodization of zinc sheet possessing wurtzite crystal structure with their average length and diameter measured in the range of 50-60 μm and 170-300 nm, respectively. Then, normal GQDs were synthesized by electrochemical method in a range of 12-22 nm. Different amounts of GQDs including 5, 10, 20 and 40 μL with concentration of 2 mg/mL were decorated uniformly on the surface of ZnO NWs forming GQDs/ZnO NWs. The GQDs/ZnO NWs exhibited a considerable enhancment on the photocatalytic degradation of MB under solar irradiation.The results indicated that the optimized GQDs (10 μL)/ZnO NWs showed the highest photoactivity with about 2.8-fold increase as compared to the pure ZnO NWs. In addition, a good photostability was found for the GQDs (10 μL)/ZnO NWs samples due to formation of Zn−O−C bonds, which reduced the activation of the surface oxygen against corrosion as comared to the ZnO NWs. Finally, a mechanism of charge carrier transport and separation was proposed using different scavengers (KI and AgNO3) during photocatalytic degradation reaction. In the next study, Branched hierarchical ZnO NWs (BH-ZnO NWs) were fabricated successfully on the ZnO NWs by a solution based method at very low temperature (31 oC). The BH- ZnO NWs with different aspect ratio were obtained by varying growth time (0.5, 2, 5, 10 h). Photocatalytic activity of the samples was investigated under both UV and visible light. The results indicated that the optimized BH-ZnO NWs (5 h) as a photocatalyst exhibited the highest photoactivity with about 3 times higher than the ZnO NWs under UV light. Then, N-GQDs were synthesized in a size range of 2–12 nm by using hydrothermal method. Subsequently, different amounts of N-GQDs including 10, 20 and 40 μL with concentration of 2 mg/mL were deposited on the surface of BH-ZnO NWs (5 h) and forming N-GQDs/BH-ZnO NWs (5 h). Based on photocatalytic data analysis, it was found that the optimized N-GQDs(20 μL)/BH-ZnO NWs (5 h) sample exhibted about 1.8 times enhancement as compared to the pure BH-ZnO NWs (5 h) during MB photodegradation reaction under visible light. Finally, charge transfer mechanism was proposed by using different scavengers in photocatalytic degradation process under UV-visble irradation
  9. Keywords:
  10. Nanowire ; Photocatalyst ; Graphene Quantum Dots (GQDs) ; Zinc Oxide ; Quantum Dot

 Digital Object List

 Bookmark

  • پیشگفتار
  • فصل اول: تجزیه فوتوکاتالیستی آلاینده های منابع آبی: رنگ‌های آلی
    • 1- 1- مقدمه
    • 1-2- آلاینده های منابع آبی
    • 1-3- روش های کلی تجزیه آلاینده های آبی
      • 1-3-1- روش های بیولوژیکی
      • 1-3-2- روش‌های فیزیکی
      • 1-3-3- روش‌های شیمیایی
        • 1-3-3-1- روش‌ اکسایش پیشرفته
    • 1-4- فرایند‌های فوتوکاتالیستی
      • 1-4-1- اصول فرایند فوتوکاتالیستی
      • 1-4-2- سینتیک فرایند فوتوکاتالیستی
      • 1-4-3- مواد مناسب در فرایند فوتوکاتالیستی
      • 1-4-4- چالش‌های فرایند فوتوکاتالیستی
      • 1-4-5- رویکرد های بهبود راندمان فوتوکاتالیستی
        • 1-4-5-1- آلایش15F با عناصر فلزی و غیرفلزی
        • 1-4-5-2- تشکیل آلیاژی از نیمه رساناها
        • 1-4-5-3- نیمه رساناهای ترکیبی16F
        • 1-4-5-4- فوتوکاتالیست‌های پلاسمونیک
        • 1-4-5-5- سایر رویرکردهای بهبود فرایند فوتوکاتالیستی
    • 1-5-نتیجه‌گیری
  • فصل دوم: نانوساختار‌های یک بعدی روی اکسید
    • 2-1- مقدمه
    • 2-2- خواص روی اکسید
      • 2-2-1- ساختار بلوری
      • 2-2-2- خواص اپتیکی و الکتریکی
      • 2-2-3- خواص شیمیایی
      • 2-2-4- میزان سمیت روی اکسید
    • 2-3- نانوساختارهای روی اکسید
      • 2-3-1- نانوساختارهای یک بعدی روی اکسید
        • 2-3-1-1- نانومیله
        • 2-3-1-2- نانوسیم
        • 2-3-1-3- نانولوله
        • 2-3-1-4- نانوالیاف48F
        • 2-3-1-5- نانوسیم‌های شاخه‌ای 53F
    • 2-4- کاربرد‌های نانوساختار‌های یک بعدی روی اکسید
      • 2-4-1- کاربرد‌های الکتریکی
      • 2-4-2- کاربرد‌های حسگری
      • 2-4-3- کاربرد‌های فوتوکاتالیستی
    • 2-5- نتیجه‌گیری
  • فصل سوم: نقاط کوانتومی مبتنی بر کربن
    • 3-1- مقدمه
    • 3-2- خانواده نقاط کوانتومی مبتنی بر کربن
      • 3-2-1- نقاط کوانتومی کربن
      • 3-2-2- نقاط کوانتومی گرافن
    • 3-3- خواص و ویژگی‌های نقاط کوانتومی بر پایه کربن
      • 3-3-1- پیدایش گاف و جذب نور
        • 3-3-1-1- فرایند فروتبدیل
        • 3-3-1-2- فرایند فراتبدیل
      • 3-3-2- پایداری نوری
      • 3-3-3- سازگاری با محیط زیست و سمیت کم
      • 3-3-4- به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه
      • 3-3-5- ارجح نسبت به نقاط کوانتومی نیمه‌رسانا
    • 3-4- کاربردهای نقاط کوانتومی مبتنی بر کربن
      • 3-4-1- نشانگرهای زیستی79F
      • 3-4-2- دیود‌ها81F
      • 3-4-3- سلول‌های خورشیدی82F
      • 3-4-3- سایر کاربردها
    • 3-5- مزایای استفاده از نقاط کوانتومی مبتنی بر کربن در فوتوکاتالیست‌ها
      • 3-5-1- بهره‌گیری از تمام طیف خورشید
      • 3-5-2- کاهش بازترکیب الکترون و حفره
      • 3-5-3- مقاومت در برابر خوردگی
      • 3-5-4- سایر مزایا
    • 3-6- مروری بر کار‌های فوتوکاتالیستی محققین بر روی نقاط کوانتومی مبتنی بر کربن
      • 3-6-1 تجزیه آلاینده‌ها
      • 3-6-2- تولید هیدروژن
    • 3-7- چالش‌های موجود در نقاط کوانتومی مبتنی بر کربن
    • 3-8- نتیجه گیری
  • فصل چهارم: ساخت و مشخصه‌یابی نانوساختار‌های یک بعدی روی اکسید
    • 4-1- مقدمه
    • 4-2- ساخت و مشخصه‌یابی نانوسیم‌های روی اکسید
      • 4-2-1- روش ساخت
      • 4-2-2- بررسی ریخت‌شناسی سطح
        • 4-2-2-1- آنالیز FESEM
        • 4-2-2-2- آنالیز TEM
      • 4-2-3- بررسی خواص نوری
        • 4-2-3-1- آنالیز DRS
        • 4-2-3-1- آنالیز PL
      • 4-2-4- بررسی ساختار بلوری
    • 4-3- ساخت و مشخصه‌یابی نانوسیم‌های سلسله شاخه‌ای103F ZnO
      • 4-3-1- روش ساخت اول
        • 4-3-1-1- بررسی مورفولوژی
      • 4-3-2- روش ساخت دوم
        • 4-3-2-1- بررسی مورفولوژی
      • 4-3-3- روش ساخت سوم
        • 4-3-3-1- بررسی مورفولوژی
          • 4-3-3-1-1- آنالیز FESEM
          • 4-3-3-1-2- آنالیزهای TEMو HRTEM
        • 4-3-3-2- بررسی خواص نوری (DRS)
        • 4-3-3-3- بررسی ساختار بلوری (XRD)
    • 4-4- بررسی فعالیت‌های فوتوکاتالیستی نانوساختارهای یک بعدی ZnO
      • 4-4-1- مراحل انجام آزمون‌های فوتوکاتالیستی
      • 4-4-2- واکنش تجزیه آبی متیلن
        • 4-4-2-1- واکنش تجزیه تحت تابش نور UV
        • 4-4-2-2- تجزیه تحت تابش نور مرئی
      • 4-4-3- تجزیه نارنجی متیلن
    • 4-5- نتیجه‌گیری
  • فصل پنجم: ساخت و مشخصه‌یابی نقاط کوانتومی گرافن
    • 5-1- مقدمه
    • 5-2- ساخت و مشخصه یابی نقاط کوانتومی گرافن (GQDs)
      • 5-2-1- روش ساخت
      • 5-2-2- بررسی مورفولوژی سطح
        • 5-2-2-1- آنالیز SEM
        • 5-2-2-2- آنالیز AFM
        • 5-2-2-3- آنالیز TEM و HRTEM
      • 5-2-3- بررسی خواص نوری
        • 5-2-3-1- اسپکتروفوتومتری نوری
        • 5-2-3-2- آنالیز PL
      • 5-2-4- بررسی ترکیبات شیمیایی
      • 5-2-5- تعیین ترازهای انرژی GQDs
    • 5-3- ساخت و مشخصه یابی نقاط کوانتومی گرافن آلایش یافته با نیتروژن (N-GQDs)
      • 5-3-1- روش ساخت
      • 5-3-2- آنالیز AFM
      • 5-3-3- آنالیز TEM و HRTEM
      • 5-3-4- بررسی خواص نوری
      • 5-3-5- بررسی خواص شیمیایی
      • 5-3-6- تعیین ترازهای انرژی N-GQDs
    • 5-4- بررسی فعالیت فوتوکاتالیستی
      • 5-4-1- تجزیه آلاینده MB
      • 5-4-2- مکانیزم پیشنهادی
    • 5-5- نتیجه‌گیری
  • فصل ششم: ساخت و مشخصه‌یابی نانوساختارهای یک بعدی GQDs/ZnO به عنوان فوتوکاتالیست
  • فصل ششم: ساخت و مشخصه‌یابی نانوساختارهای یک بعدی GQDs/ZnO به عنوان فوتوکاتالیست
  • فصل ششم: ساخت و مشخصه‌یابی نانوساختارهای یک بعدی GQDs/ZnO به عنوان فوتوکاتالیست
    • 6-1- مقدمه
    • 6-2- نانوساختارهای GQDs/ZnO NWs
      • 6-2-1- روش ساخت
      • 6-2-2- مشخصه یابی
        • 6-2-2-1- آنالیز FESEM
        • 6-2-2-2- آنالیز TEM
        • 6-2-2-3- آنالیز DRS
        • 6-2-2-4- آنالیز PL
        • 6-2-2-5- آنالیز XRD
        • 6-2-2-6- آنالیز XPS
      • 6-2-3- بررسی خواص فوتوکاتالیستی
        • 6-2-3-1- تجزیه آبی متیلن
        • 6-2-3-2- مطالعه سینتیک واکنش
        • 6-2-3-3- مکانیزم پیشنهادی
        • 6-2-3-4- بررسی پایداری
    • 6-3- نانوساختارهای N-GQDs/BH-ZnO NWs (5h)
      • 6-3-1- روش ساخت
        • 6-3-2-1- آنالیز FESEM
        • 6-3-2-2- آنالیز TEM
        • 6-3-2-3- آنالیز DRS
        • 6-3-2-4- آنالیز PL
        • 6-3-2-5- آنالیز XRD
      • 6-3-3- بررسی خواص فوتوکاتالیستی
        • 6-3-3-1- تجزیه آبی متیلن
        • 6-3-3-2- مطالعه سینتیک واکنش
        • 6-3-3-3- مکانیزم پیشنهادی
    • 6-4- نتیجه‌گیری
  • فصل هفتم: جمع‌بندی و ارائه‌ی پیشنهادات
    • 7-1- جمع‌بندی
    • 7-2- پیشنهادات
  • فهرست مقالات مستخرج شده:
  • مراجع:
...see more