Date of Award

5-2015

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Materials Science and Engineering (MSMSE)

Department

Mechanical Engineering

First Advisor

Prof. Samir I. Abu-Eishah

Abstract

The goal of this work was to improve the performance of TiO2 nanomaterials by increasing their optical activities by shifting the onset of the response from the UV to the visible-light region. Among the several ways to achieve this goal, doping TiO2 nanomaterials with other elements (e.g. metals) was selected to narrow the band gap and enhance the optical properties of TiO2 nanomaterials. In this work, we have prepared Cu-doped TiO2 and Ag-doped TiO2 nano-catalysts, characterized them and studied their properties, and the optical ones in particular. The Ag-doped TiO2 catalyst was prepared by the sol-gel method while the Cu-doped TiO2 catalyst was prepared by using two different techniques for comparison purposes: the sol-gel method and the inert gas condensation technique under ultra-high vacuum. The Ag-doped TiO2 nano-catalysts prepared by the sol-gel method were characterized by using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Field emission scanning electron microscopy (FESEM) and Electron Probe Micro-Analyser (EPMA) for surface morphology and chemical composition, Brunauer–Emmett–Teller (BET) analysis for surface area and porosity measurements, X-ray diffraction (XRD) to determine their crystal structure and UV-visible absorption spectrometry (UV-Vis) to measure the optical properties. The same characterization methods have been applied on the Cudoped TiO2 photocatalysts prepared by the sol-gel method, in addition to some rheological measurements to determine their flow behaviour. Furthermore, X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM) and UV-visible absorption spectrometry (UV-Vis) analyses have been conducted to characterize the Cu-doped TiO2 catalysts prepared by the inert gas condensation technique. vii The experimental work conducted here revealed promising results for improving the performance of the TiO2 nano material by doping it with Cu and Ag metals where the optical activity was enhanced and shifted to the visible region causing an appreciable increase in its effectiveness for photo catalytic applications.

Arabic Abstract

الهدف من هذه الأطروحة هو تحسين أداء المواد المتناهية الصغر من أكسيد التيتانيوم TiO₂ عن طريق زيادة نشاطها الضوئي عن طريق تحويل بداية الاستجابة من منطقة الأشعة فوق البنفسجية إلى المنطقة المرئية من الضوء. ومن الطرق المتبعة لتحقيق هذا الهدف اخترنا تثبيت عناصر أخرى (معادن) على TiO₂ لتضييق فجوة الرابطة وتعزيز خصائصه البصرية. وفي هذا البحث، تم تحضير عوامل مساعدة من النحاس المثبت على TiO₂ والفضة المثبتة على TiO₂، ودُرست خصائصها المختلفة والضوئية منها على وجه الخصوص. وقد تم تحضير الفضة المثبتة على TiO₂ باستخدام تقنية سول-جل، في حين تم تحضير النحاس المثبت على TiO₂ باستخدام تقنيتين مختلفتين بهدف المقارنة: تقنية سول-جل وتقنية تكثيف الغاز الخامل تحت الفراغ شبه المطلق.

وقد تم دراسة الفضة المثبتة على أكسيد التيتانيوم والمحضرة بطريقة سول-جل باستخدام تحويل فورييه الطيفي لانعكاس تشتت الأشعة تحت الحمراء (DRIFTS)، المجهر الإلكتروني الماسح للانبعاثات الميدانية (FESEM)، الإلكترون المسبار للتحليل الدقيق (EPMA) لتحليل مورفولوجيا السطح ودراسة التركيب الكيميائي، تحليل (BET) لإيجاد مساحة السطح وقياسات المسامية، حيود الأشعة السينية (XRD) لتحليل التركيب البلوري، ومطياف الامتصاص للأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis) لدراسة القياسات البصرية. وقد تم تطبيق طرق التحليل ذاتها على النحاس المثبت على TiO₂ والمحضر بطريقة سول-جل، بالإضافة إلى عمل بعض القياسات الريولوجية (لدراسة سلوك انسياب المنتج كمائع).

كما تم توصيف النحاس المثبت على TiO₂ والمحضر بطريقة تكثيف الغاز الخامل عن طريق استخدام حيود الأشعة السينية (XRD)، المجهر الإلكتروني الناقل للإلكترونات (TEM)، المجهر الإلكتروني الماسح ضوئياً (SEM)، ومطياف الامتصاص للأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis).

ويكشف العمل التجريبي هنا نتائج واعدة لتحسين أداء TiO₂ المتناهي الصغر عن طريق تثبيت أو إضافة منشطات معدنية (النحاس أو الفضة) حيث تم تعزيز النشاط البصري وانتقال امتصاص الضوء إلى المنطقة المرئية بما يتوقع أن يزيد في فعاليتها الضوئية-التحفيزية لدى تطبيقها.

Arabic Comments

كلمات مفتاحية: مواد متناهية الصغر من أكسيد التيتانيوم، النحاس المثبت على أكسيد التيتانيوم، الفضة المثبتة على أكسيد التيتانيوم، الخصائص البصرية، تقنيات، تطبيقات محفزة ضوئياً.

Download
COinS