دنیای نانو

دنیای نانو

اثر اصلاح نیتروژنی بر رفتار ابرآبدوست و عملکرد فتوکاتالیستی نانوساختارهای اکسید تیتانیوم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
'گروه فیزیک;،واحد رودهن،دانشگاه آزاد اسلامی،رودهن،ایران
چکیده
نانوساختارهای اکسید تیتانیوم اصلاح‌شده با نیتروژن به منظور بررسی هم‌زمان خواص ابرآبدوستی و فعالیت فتوکاتالیستی سنتز و مورد مطالعه قرار گرفتند. ریزساختار و مورفولوژی نمونه‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد تحلیل قرار گرفت که نتایج، تشکیل نانوسیم‌های منظم با زبری سطحی مطلوب و توزیع یکنواخت ساختارها را نشان داد. آنالیز طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) بیانگر اصلاح موفقیت‌آمیز شیمی سطح در اثر دوپ نیتروژن بود و افزایش قابل توجه گونه‌های اکسیژنی غیرشبکه‌ای، به‌ویژه گروه‌های هیدروکسیل سطحی، مشاهده شد که نقش مؤثری در تقویت خواص سطحی دارند. رفتار آبدوستی نمونه‌ها از طریق بررسی انتشار آنی قطره آب بر روی سطح ارزیابی شد که نشان‌دهنده ایجاد خاصیت ابرآبدوستی در نمونه‌های اصلاح‌شده بود. عملکرد فتوکاتالیستی نمونه‌ها با بررسی تخریب رنگ متیل اورنج تحت تابش نور مرئی مطالعه شد و نتایج نشان داد که راندمان تخریب در نمونه‌های دوپ‌شده با نیتروژن به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این بهبود عملکرد فتوکاتالیستی عمدتاً به افزایش جذب نور در ناحیه مرئی، کاهش بازترکیب زوج‌های الکترون–حفره و افزایش تعداد مراکز فعال سطحی نسبت داده می‌شود. علاوه بر این، اصلاح شیمی سطح و کنترل مورفولوژی نانوسیم‌ها منجر به هم‌افزایی میان ویژگی‌های نانو و شیمی سطح شد که اثر مستقیمی بر افزایش ابرآبدوستی و فعالیت فتوکاتالیستی نمونه‌ها دارد. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که نانوساختارهای اکسید تیتانیوم اصلاح‌شده با نیتروژن پتانسیل بالایی برای کاربردهای خودتمیزشونده و محیط‌زیستی دارند و می‌توانند به عنوان مواد کارآمد در سیستم‌های حذف آلودگی و بهبود عملکرد سطحی مورد استفاده قرار گیرند. این مطالعه زمینه مناسبی برای توسعه مواد نیمه‌رسانای پیشرفته با خواص چندگانه فراهم می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

The effect of nitrogen modification on the superhydrophilic behavior and photocatalytic performance of TiO2 nanostructures.

نویسنده English

Saeideh Ramezani Sani
Department physics, Islamic Azad University
چکیده English

Nitrogen-modified titanium dioxide (TiO₂) nanostructures were synthesized and systematically investigated to simultaneously evaluate their superhydrophilic properties and enhanced photocatalytic activity. The morphology and microstructure of the samples were characterized using (SEM), which revealed the formation of well-aligned nanowires with suitable surface roughness and uniform structural distribution. (XPS) analysis confirmed effective surface chemical modification through nitrogen doping and indicated a notable increase in non-lattice oxygen species, particularly surface hydroxyl groups, which play a crucial role in significantly enhancing surface properties. The wettability of the samples was quantitatively assessed by observing the instantaneous spreading behavior of water droplets on the surfaces, Photocatalytic performance was evaluated by the degradation of methyl orange under visible light irradiation, showing a remarkable improvement in degradation efficiency for the nitrogen-doped samples. This enhancement is attributed to increased visible-light absorption, reduced electron–hole recombination rates, and the higher density of active surface catalytic sites. Furthermore, the synergistic effect between the nanoscale surface structure and chemical modification contributed to the simultaneous improvement of both superhydrophilicity and photocatalytic activity. Overall, the results suggest that nitrogen modification of TiO₂ not only optimizes the surface chemistry and nanoscale architecture but also produces multifunctional materials with superior performance. Such nanostructures hold significant potential for advanced self-cleaning and environmental remediation applications, providing a promising platform for the development of high-performance semiconductor materials with enhanced surface functionalities. This study highlights the importance of combining precise surface chemical engineering and nanoscale structural control to achieve high-efficiency photocatalytic and highly hydrophilic material.

کلیدواژه‌ها English

TiO2 nanowires
photocatalytic
superhydrophilic
Nitrogen

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 27 بهمن 1404
  • تاریخ بازنگری 01 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 27 تیر 1405