دنیای نانو

دنیای نانو

کنترل ریزساختار و بهینه سازی عملکرد فوتوکاتالیستی BiVO4 با تنظیم زمان هیدروترمال: یک ارزیابی کمی مبتنی بر تحلیل پیشرفته پراش پرتو ایکس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 مرکز تحقیقات مهندسی سطح پیشرفته و نانو مواد، گروه فیزیک، واحد اهواز ، دانشگاه آزاد اسلامی ، اهواز، ایران
2 مرکز تحقیقات مهندسی سطح پیشرفته و نانومواد، گروه مهندسی مواد، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران
3 گروه فیزیک، واحد اهواز ، دانشگاه آزاد اسلامی ، اهواز، ایران
چکیده
در این پژوهش، کنترل ریزساختار و بهینه‌سازی عملکرد فوتوکاتالیستی وانادات بیسموت (BiVO₄) از طریق تنظیم پارامتر زمان واکنش هیدروترمال مورد بررسی قرار گرفت. نانوساختارهایBiVO4 به روش هیدروترمال در دمای C° 200 و در زمان‌های h ۴، h 6 و h 8 سنتز شدند و تأثیر زمان سنتز بر ویژگی‌های ریزساختاری، خواص نوری و فعالیت فوتوکاتالیستی آن‌ها ارزیابی شد. نتایج پراش پرتو ایکس (XRD) تشکیل فاز خالص شئلیت مونوکلینیک BiVO₄ را در تمامی نمونه‌ها تأیید کرد. تحلیل الگوهای XRD با استفاده از روش‌های دبای–شرر، ویلیامسون–هال و شرر اصلاح‌شده نشان داد که با افزایش زمان هیدروترمال، اندازه ریزبلورک‌ها به طور تدریجی افزایش یافته و هم‌زمان کرنش شبکه، چگالی نابجایی و نقص‌های چیدمانی کاهش می‌یابد که بیانگر بهبود بلورینگی و تکامل ساختار کریستالی است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM) تشکیل نانوساختارهای تجمع‌یافته با رشد تدریجی اندازه ذرات و بهبود یکنواختی ریخت‌شناسی را در زمان‌های طولانی‌تر تأیید نمود. بررسی خواص نوری با استفاده از طیف‌سنجی بازتاب پخشی فرابنفش–مرئی (UV–Vis DRS) نشان داد که افزایش زمان سنتز منجر به افزایش جذب نور مرئی و کاهش انرژی شکاف نوار از eV۲٫۸۳ به eV۲٫۳۸ می‌شود. عملکرد فوتوکاتالیستی نمونه‌ها در تخریب رنگ متیلن بلو تحت تابش نور مرئی مورد ارزیابی قرار گرفت و نمونه سنتزشده در زمان h 8 بالاترین بازده تخریب (حدود ۸۴٪ در min۱۲۰) و بیشترین ثابت سرعت واکنش شبه‌مرتبه اول را از خود نشان داد. این بهبود عملکرد فوتوکاتالیستی به هم‌افزایی میان بهبود ریزساختار، کاهش عیوب بلوری و افزایش جذب نور مرئی نسبت داده شد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Microstructure control and photocatalytic performance optimization of BiVO4 via hydrothermal time adjustment: A quantitative assessment based on advanced X-ray diffraction analysis

نویسندگان English

Azadeh Haghighatzadeh 1
Mehdi Boroujerdnia 2
, Marzeh Ataie Dil 3
1 Advanced Surface Engineering and Nano Materials Research Center, Department of Physics, Ahv.C, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
2 Advanced Surface Engineering and Nano Materials Research Center, Department of Materials, Ahv.C, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
3 Department of Physics, Ahv.C, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
چکیده English

In this study, the microstructure control and photocatalytic performance optimization of bismuth vanadate (BiVO₄) were investigated by adjusting the hydrothermal reaction time. BiVO₄ nanostructures were synthesized via the hydrothermal method at 200 °C for 4 h, 6 h, and 8 h, and the effect of synthesis time on their microstructural features, optical properties, and photocatalytic activity was evaluated. X-ray diffraction (XRD) results confirmed the formation of a pure monoclinic scheelite BiVO₄ phase in all samples. XRD Analysis using the Debye–Scherrer, Williamson–Hall, and modified Scherrer methods indicated that with increasing hydrothermal time, the crystallite size gradually increased while lattice strain, defect density, and structural disorders decreased, reflecting enhanced crystallinity and structural evolution. Field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) images confirmed the formation of aggregated nanostructures with gradual particle growth and improved morphological uniformity at longer reaction times. Optical property analysis using UV–Vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS) showed that increasing the synthesis time led to enhanced visible light absorption and a reduction in the band gap energy from 2.83 eV to 2.38 eV. The photocatalytic performance of the samples was evaluated in methylene blue degradation under visible light irradiation, and the sample synthesized for 8 h exhibited the highest degradation efficiency (approximately 84 % in 120 min) and the maximum apparent rate constant according to the pseudo-first-order kinetic model. This enhancement in photocatalytic performance was attributed to the synergistic effect of improved microstructure, reduced crystal defects, and increased visible light absorption.

کلیدواژه‌ها English

Bismuth Vanadate
Visible-light Photocatalysis
Hydrothermal Synthesis
Reaction Time
Microstructure

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 15 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 06 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 14 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 15 مرداد 1405