بررسي ويژگي‌هاي نوري، ساختاري، ريخت‌شناسي و كاتاليستي نوري لايه‌هاي نازك نانوچندسازه ZnS:CuS تهيه‌شده به روش حمام شيميايي

Investigation on the optical, structural, morphological and photocatalitic properties of the ZnS:CuS nanocomposite thin films prepared by chemical bath deposition method

لايه‌هاي نازك نانوچندسازه روي‌سولفيد: مس (II) سولفيد (CuS:ZnS) انعطاف‌پذير در دماي پايين به روش ساده و مقرون به‌صرفه حمام شيميايي تهيه شدند. سپس، تأثير مدت زمان غوطه‌ورسازي لايه‌هاي نازك ZnS در محلول مس (II) كلريد بر ويژگي‌هاي ساختاري، ريخت‌شناسي، نوري و فعاليت كاتاليستي نوري لايه‌هاي تهيه‌شده بررسي شد. نتايج پراش پرتو ايكس (XRD) و ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) نشان داد لايه‌هاي نانوچندسازه CuS:ZnS متشكل از نانوبلورهايي با قطر تقريبي كمتر از 10 نانومتر تشكيل‌شده است. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي- نشر ميداني (FE-SEM) نشان داد، ذرات تشكيل‌دهنده لايه‌ها متراكم بوده و چسبندگي خوبي به زير لايه انعطاف‌پذير دارند. تعيين شكاف انرژي لايه‌ها نشان داد با افزايش مقدار مس در لايه‌ها اين شكاف به دليل تشكيل فاز CuS كاهش مي‌يابد. در ادامه، از اين لايه‌هاي نازك براي تخريب رنگ‌دانه‌هاي آلاينده آب (رودامين بي) در معرض تابش مرئي به‌عنوان كاتاليست نوري استفاده شد. نتايج نشان داد با افزايش مقدار مس و مدت زمان قرارگيري در معرض نور مرئي، درصد تخريب رنگ‌دانه‌هاي رودامين بي به دليل كاهش سرعت بازتركيب زوج‌هاي الكترون- حفره افزايش مي‌يابد. همچنين، بررسي‌ها نشان داد به دليل چسبندگي زياد مواد به زيرلايه، نيازي به همگن‌سازي محلول و دستگاه گريزانه براي جداسازي نانوذرات از محلول نيست.

Abstract: ZnS:CuS nanocomposite flexible thin films have been prepared by simple and low cost chemical bath deposition (CBD). Additionally, the effect of dipping time of the ZnS thin films into the copper chloride solution on structural, morphological, optical, and photocatalitic properties of the ZnS:CuS films have been investigated by XRD, FE-SEM, TEM, and UV-vis spectroscopy. XRD and TEM results confirmed formation of the flexible ZnS:CuS nanocomposite films which consist of nanocrystals with less than 10 nm in diameter. FE-SEM images indicate that ZnS:CuS thin films consist of high compactness particles with good adhesion to the flexible substrates. Energy band gap of the films were decreased by increasing amount of Cu in the films which it could be related to the formation of the CuS phase. The prepared ZnS:CuS nanocomposite thin films showed a photocatalytic activity in degradation of Rhodamin B dyes (water pollutant). By increasing amount of Cu in the films and exposure time in the visible light, degradation percentage of the Rhodamine B dyes were increased because of the decrease in recombination of the electron – hole pairs. During investigation of the photocatalytic activity of the layers, due to strong adhesion to the substrate, it was not necessary to homogenize the solution and centrifuge for extracting nanoparticles from the solution.