تلقیح مکان خالی اکسیژن و Ti3+ در نانومیله های TiO2 به منظور افزایش فعالیت فوتوکاتالیستی در ناحیه نور مرئی

Abstract

تیتانیوم دی اکسید به سبب دارا بودن شکاف انرژی پهن و بازترکیب سریع حامل‌های بار، کارایی محدودی از خود نشان می‌دهد و با توجه به پتانسیل برداشت بالا آن می‌توان با بهره‌گیری از ایجاد نواقص سطحی در ساختار آن سعی در باریک ساختن شکاف انرژی آن داشت. بنابراین در این پژوهش کوشش گردید تا با احیا نانومیله‌های تیتانیوم دی اکسید روتایل، که به روش هیدروترمال تهیه گردیده‌اند، در حضور محیط احیا گازی بتوان نواقص سطحی، مکان خالی اکسیژن (OV) و Ti3+ که منجر به شکل‌گیری ترازهای انرژی میانی (mid gap state) در میان شکاف انرژی در TiO2 می‌شود، ایجاد نمود. در طول عملیات احیا، هیچ‌گونه تغییری در فاز کریستالی و جهت‌گیری نانومیله‌ها رخ نداده که این امر با آزمون‌های XRD و FESEM به اثبات رسیده است. عملیات احیا سبب گردیده تا لبه جذب نور نانومیله‌ها با یک شیفت قرمز به طول‌ موج‌های محدوده مرئی (nm 511) منتقل شود و حضور OV و Ti3+ در باریک ساختن شکاف انرژی از ev 95/2 به 42/2 موثر واقع شده‌اند و از سوی دیگر با ایجاد ترازهای انرژی میانی، میزان بازترکیب الکترون-حفره کاهش، طول عمر حامل‌ها افزایش و فعالیت فوتوکاتالیستی نانومیله‌های احیا شده بهبود یافته‌ است.