|
دانشمندان بخش انرژی آزمایشگاه ملی بروک هاون امریکا، روش‌های جدیدی را برای ساخت و
اصلاح نانومیلهها و نانولولههای اکسید تیتانیوم ابداع کردند. این روش‌ها و مواد
اکسید تیتانیوم جدید، ممکن است منجر به کاتالیست‌های بهبودیافته‌ای برای تولید
هیدروژن، پیل‌های خورشیدی کاراتر و ضد آفتاب‌هایی با قدرت محافظت بیشتر گردند.
نتایج این تحقیق در دو مقاله، یکی در مجله Advanced Materials و دیگری در مجله
Journal of Physical Chemistry به چاپ رسیده‌است.
در مطالعه نخست، دانشمندان قابلیت اکسید تیتانیوم را برای جذب نور افزایش دادند.
Wei-Qiang Han ، دانشمند مرکز نانومواد کاربردی(CFN) بروک هاون و نویسنده مسئول هر
دو مقاله، میگوید: “قابلیت اکسید تیتانیوم برای جذب نور، یکی از دلایل اصلی فواید
آن در کاربردهای پزشکی و صنعتی است. اکسید تیتانیوم به‌عنوان فوتوکاتالیستی برای
تبدیل اشعه خورشید به الکتریسیته در پیل‌های خورشیدی و کاربردهایی در تولید هیدروژن،
در حسگرهای گازی، در باطریها و در استفاده اشعه خورشید برای تجزیه برخی آلودگیهای
زیستمحیطی مورد استفاده قرار میگیرد. این ماده یکی از اجزای ترکیبی رایج در کرم‌های
ضد آفتاب به شمار می‌رود.”
دانشمندان روش‌های بسیاری را برای بهبود قابلیت جذب نور اکسید تیتانیوم آزمایش
کردند که برای مثال میتوان دوپه کردن اکسید تیتانیوم با برخی فلزات را نام برد.
Han و همکارانش مسیر جدیدی را به کار بردند؛ آنها توانستند قابلیت جذب نور این ماده
را با وارد کردن نانوحفرهها به درون میلههای صد نانومتری اکسید تیتانیوم جامد
افزایش دهند. نانومیلههای اکسید تیتانیومی پرشده با نانوحفرهها، در جذب طول موج‌های
معینی از ماورای بنفش(UVA) و ماورای بنفش(UVB)B تابش خورشید، ۲۵ درصد نسبت به اکسید
تیتانیوم بدون نانوحفره مؤثرتر بودند.
این تحقیق نشان داد که نانومیلههای اکسید تیتانیومِ حاوی نانوحفره، میتوانند جذب
UVA و UVB تابش خورشید را بهبود چشمگیری بخشند؛ بنابراین مواد ایدهآلی برای ضد
آفتاب‌ها به شمار می‌روند. این نانومیلهها میتوانند کارایی پیل‌های خورشیدی
فوتوولتائیک را بهبود بخشیده و به‌عنوان کاتالیست‌هایی برای تجزیه آب و همچنین در
واکنش تبدیل آب- گاز برای تولید گاز هیدروژن خالص از مونوکسید کربن و آب مورد
استفاده قرار گیرند.
روش ساختن میلههای مملو از حفره، ساده است؛ برای این کار نانومیلههای تیتانات را
در هوا گرما میدهند. این فرایند، آب را تبخیر و تیتانات را به اکسید تیتانیوم
تبدیل میکند و نانوحفرههایی منظم، چندوجهی و بسیار متراکمی درون اکسید تیتانیوم
به وجود میآیند.
در مقاله دوم، این محققان، روش سنتز جدیدی را برای ساخت نانولولههای تیتانات که
آهن به‌عنوان ناخالصی در آن وارد شده، توصیف کردند. این لولههای توخالی قطری حدود
ده نانومتر و طولی بیش از یک میکرومتر دارند. این آزمایش‌ها به بهبود واکنش‌پذیری
نوری این مواد نیز کمک کرد.
دانشمندان نشان دادند که نانولولههای حاصل، واکنش‌پذیری قابل توجهی را در واکنش
تبدیل آب- گاز از خود نشان میدهند. اگر چه فعالیت نانولولههای دوپه‌شده با آهن،
به‌خوبی اکسید تیتانیومی که با فلزاتی نظیر پلاتین و پالادیوم روکش شده، نبود؛ اما
فعالیت مشاهده‌شده از این نظر که آهن یک فلز ارزان‌تری است و غلظتش هم در نمونههای
ما کمتر از ۱ درصد است، قابل قبول است.
دانشمندان خواص مغناطیسی جالبی را در نانولولههای دوپه‌شده با آهن، مشاهده کردند و
با مطالعات آینده که به فهم این پدیده کمک میکند، آن را پیگیری خواهند کرد. مواد
توسعه‌یافته در این مطالعات، با استفاده از چندین ابزار نادر در آزمایشگاه بروکهاون
و روش‌های تشخیص نانوساختارها، شامل میکروسکوپ انتقال الکترونی و روش‌های متنوع با
استفاده از اشعه ایکس و پرتو مادون قرمز موجود در آزمایشگاهNational Synchrotron
Light Source (NSLS) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.
|
