رشد بلور‏های BiVO4 با روش هیدروترمال و بدون استفاده از جوانه به منظور کاربرد در صنایع تصفیۀ آب و تولید هیدروژن

Abstract

لایه‌‌های نازک بلورهای بیسموت وانادیت (BiVO₄) با استفاده از روش هیدروترمال روی زیرلایۀ بدون پوشش FTO به منظور کاربرد در صنایع تصفیۀ آب و تولید هیدروژن نشانده شده‌اند. نمونه‏ها پس از لایه‌‌نشانی در بازۀ دمایی 450 تا 550 درجۀ سانتی‌گراد پخت شده‏اند. الگوی بلورشناسی اشعۀ ایکس (XRD) که برای لایه‏های بیسموت وانادیت آماده شده، تأیید‌کنندۀ ساختار مونوکلینیک این بلور است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای بلور، شکل دوهرم‏های برش داده‌شده‏ را نشان می‏دهد که از نظر فوتوالکتروشیمیایی فعال‌اند. با کنترل و بهینه‏سازی پارامترهایی همچون دما، مدت لایه‌نشانی، غلظت محلول پیش‏ماده و دمای پخت نمونه‌ها، لایه‏ای یکنواخت و با چسبندگی زیاد از BiVO₄ ایجاد شد. لایۀ بهینۀ BIVO₄/FTO در دمای 120 درجۀ سانتی‏گراد در حداقل زمان (چهار ساعت) با به‌کارگیری محلولی به غلظت 27 میلی‏مولار از پیش‌ماده‏های بیسموت وانادیت که در pH معادل 2/1 بود، به دست آمد. به عنوان معیاری از عملکرد کریستال‏های رشد داده‌شده در واکنش‏های تولید هیدروژن و واکنش‏های تجزیۀ آلاینده‏های آلی آب، اندازه‏گیری ولتامتری روبش خطی نمونه‌ها انجام شده و با یکدیگر مقایسه شده‌اند. نتیجۀ تست‏های ولتامتری روبش خطی پاسخ نوری نمونه را به میزان 70 میکروآمپر بر سانتی‏متر مربع در ولتاژ 1 ولت (در مقایسه با الکترود مرجع Ag/AgCl) برای نمونه‏های پخت‌شده در دماهای بیشتر از 500 درجه نشان می‏دهد. همچنین، یک مدل ساده برای درک بهتر رفتار رشد بلورهای BiVO₄ تحت شرایط رشد مختلف پیشنهاد شد.