تهيه پوشش‌هاي دي اكسيد تيتانيم آلاييده‌شده با آهن به روش پوشش‌دهي چرخشي پيش‌ماده پليمري و بررسي فعاليت فوتوكاتاليزوري آنها تحت تابش نور مريي

Preparation of Iron Doped Titanium Dioxide Coatings via Spin-Coating of Polymeric Precursor and Investigation of their Photocatalytic Activity Under Visible Light Irradiation

دي اكسيد تيتانيم نانومتري به دليل كاربردهاي فراوان در نيمه هادي‌ها، حسگرها، مواد آنتي‌باكتريال و بهداشتي، فتوكاتاليزورها و سلول‌هاي خورشيدي مورد توجه زيادي قرار گرفته‌ است. در اين تحقيق، پوشش‌هاي نانوساختاري دي اكسيد تيتانيم خالص و آلاييده شده با آهن به روش پوشش‌دهي چرخشي پيش‌ماده پليمري تهيه شدند. نمونه‌هاي تهيه شده توسط روش‌هاي پراش پرتو ايكس، طيف‌سنجي FT-IR، طيف‌سنجي UV-Vis و ميكروسكوپ نيروي اتمي بررسي گرديدند. در ادامه، اثر افزودن آهن بر فعاليت فوتوكاتاليزوري آنها به وسيله تخريب متيل نارنجي تحت تابش نور مريي بررسي شد. نتايج نشان داد كه در پوشش نانوساختاري دي اكسيد تيتانيم خالص تهيه شده با روش فوق، هر دو فاز روتايل و آناتاز وجود دارند در حالي كه در پوشش نانوساختاري دي اكسيد‌تيتانيم آلاييده شده با آهن فاز آناتاز پايدار شده و فاز روتايل به طور كامل حذف مي‌شود. همچنين افزودن آهن در غلظت‌هاي كمتر از 1 درصد مولي باعث بهبود خواص فوتوكاتاليزوري TiO2 مي‌شود در حالي كه در غلظت‌هاي بالاتر، خواص فوتوكاتاليزوري كاهش مي‌يابد. اين نتايج با پيش‌بيني‌هاي حاصل از تحليل داده‌هاي لبه جذب و الگوي پراش پرتو ايكس نمونه ها هم‌خواني خوبي دارد. در نتيجه مشخص شد كه ميزان بهينه آلاييدن با يون آهن براي دستيابي به بهترين فعاليت فوتوكاتاليزوري پوشش‌هاي نانوساختاري دي اكسيد تيتانيم تهيه شده به روش پوشش‌دهي چرخشي پيش‌ماده پليمري حدود 0.3 درصد مولي مي‌باشد.

Nanosized titanium dioxide has received much attention because of many applications in semiconductors, sensors, antibacterial and hygienic materials, photocatalysts and solar cells. In this study, pure and iron doped titanium dioxide nanostructured coatings were prepared by spin-coating of polymeric precursor method. Prepared samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), FT-IR spectroscopy, UV-Vis spectroscopy and atomic force microscopy. The effect of iron addition on their photocatalytic activity under visible light irradiation was investigated by the degradation of methyl orange. Results showed that for the nanostructured coating of pure titanium dioxide prepared by the above method, both anatase and rutile have been observed. While for iron doped nanostructured coatings the anatase phase has been stabilized and rutile phase has been completely excluded. Also, the addition of iron at concentrations less than 1 mole percent increases the TiO2 photocatalytic properties, while higher concentrations decrease the photocatalytic properties. These results are in good agreement wirh the predictions of the absorption edge data and X-ray diffraction pattern of samples. As a result it was found that the optimum amount of iron ions doped in nanostructured titanium dioxide coatings prepared by polymeric precursor spin coating method was determined to be 0.3 mole percent to achieve the best photocatalytic activity.