احیای فوتوکاتالیستی دی اکسیدکربن به متان تجدیدپذیر توسط دی اکسیدتیتانیوم اصلاح شده با بیسموت و مس

تبدیل گاز گلخانه ای دی اکسیدکربن به مواد شیمیایی با ارزش افزوده که به عنوان تکنولوژی سوخت های خورشیدی شناخته شده است به دلیل داشتن پتانسیل رفع همزمان مشکل گرمایش جهانی و محدودیت منابع انرژی، از آغاز قرن بیست ویکم توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در همین راستا، در پژوهش حاضر فوتوکاتالیست دی اکسیدتیتانیوم (tio2) اصلاح شده با بیسموت و مس(cubit)، با استفاده از روش سل ژل و تلقیح مرطوب تهیه شده و به عنوان کاتالیزور در تبدیل فوتوکاتالیستی دی اکسیدکربن به متان تجدیدپذیر ارزیابی گردید. نتایج آنالیز های پراش پرتو ایکس (xrd)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی (fesem) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) صحت ساخت نانوذرات tio2 با اندازه کریستال های حدود 20 نانومتر را تایید نمودند که با افزودن بیسموت به ساختار آن، اندازه ذرات کوچکتر شدند. همچنین، به کمک آنالیز های طیف سنجی انرژی پرتو ایکس (edx) و آنالیز پراکندگی عناصر (elemental mapping) مشخص شد که بیسموت و مس به طور یکنواخت در ساختار نانوذرات وارد شده اند. آنالیز طیف سنجی بازتاب پخشی (drs) نیز کوچکتر شدن گاف انرژی را در نمونه های حاوی بیسموت و مس نشان داد که موجب جذب نور در ناحیه مرئی می شود. بعلاوه، نتایج آنالیز طیف سنجی فوتولومینسانس (pl) نیز کاهش چشمگیر نرخ بازترکیبی الکترون و حفره ها را در نانوکامپوزیت تهیه شده نشان می دهد. نتایج آزمایش های احیای دی اکسیدکربن مشخص کرد که واردکردن 3 درصد وزنی بیسموت و 1.5 درصد وزنی از مس در ساختار tio2 میزان تولید متان را نسبت به tio2 خالص تا 6.3 برابر افزایش خواهد یافت. این فعالیت فوق العاده در تولید متان را می توان به توانایی ترکیبات بیسموت در جذب و فعال سازی مولکول های دی اکسیدکربن و جداشدن موثر حاملان بار که به وسیله مس ایجاد شده است، نسبت داد. مزید بر موارد مذکور، کوچک تر شدن اندازه ذرات در کنار افزایش سطح ویژه کاتالیست نیز نقش مثبت قابل توجی در بهبود سرعت احیای دی اکسیدکربن داشته است.

Photocatalytic Reduction of Carbon dioxide to Renewable Methane using Titanium dioxide modified with Bismuth and Copper

Research Subject: The conversion of anthropogenous CO2 gas into valueadd chemicals known as solar fuel technology attracted much consideration from the beginning of the 21st century owing to the potential of this technology in solving the climate change and energy shortage issues.Research Approach: In the current study, Bismuth and copper modified TiO2 were prepared using solgel and wet impregnation method in order to investigate as a catalyst for photocatalytic conversion of carbon dioxide into renewable methane. Main Results: The results of Xray diffraction analysis, Field emission scanning microscope images and Transmission electron microscope images demonstrated that titanium dioxide nanoparticles with 20 nm in size were synthesized that after the addition of bismuth, the size of particles became smaller. Also, using energy dispersive xray analysis and elemental mapping technique, it was determined that the bismuth and copper were uniformly inserted in the prepared nanoparticles. Diffuse reflectance spectroscopy showed that the bandgap became smaller in bismuth and coppercontaining samples, which resulted in visible light absorption. In addition, photoluminescence spectroscopy showed an impressive decrease in the rate of electronhole separation in the prepared nanocomposite. The result of CO2 photoreduction experiments revealed that the incorporation of 3 wt% Bismuth and 1.5 wt% copper into the structure of TiO2 would increase the amount of methane production to 7.6 times greater than bare TiO2. This superior activity for methane generation could be related to the ability of bismuth compounds in adsorption and activation of carbon dioxide molecules and also the efficient separation of charge carriers given by copper. Additionally, the smaller particle size and increase in the surface area had also a positive effect on the CO2 reduction enhancement.