عنوان پایان‌نامه
مواد نانو متخلخل کربن نیتریدی: سنتز و خواص کاتالیستی
- رشته تحصیلی
- نانو مواد معدنی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6348;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76953;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6348;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76953
- تاریخ دفاع
- ۲۴ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- جلال پوستفروشان
- استاد راهنما
- علیرضا بدیعی
- چکیده
- در این پژوهش کامپوزیت های پلیمری حاوی کربن نیترید با ساختاری کروی با استفاده از روش آئروسل-فوتوپلیمری شدن تهیه شده اند. بدین منظور ابتدا نانوذرات کروی مزوپور سیلیسی با روش خشک کردن با اسپری تهیه شدند. در مرحله بعد با استفاده از این نانوذرات به عنوان قالب و اتیلن دی آمین و کربن تتراکلرید به عنوان پیش ماده آلی، نانوذرات کروی مزوپور کربن نیتریدی با روش قالب گیری سنتز شدند. مواد بدست آمده با روش های مختلف شناسایی شدند. همچنین اثر تخلخل روی بهبود جذب نور و سرعت تولید الکترون-حفره در مزوپور کروی کربن نیتریدی با روشFinite-difference time-domain(FDTD) شبیه سازی شد. در نهایت نانوذرات کروی مزوپور کربن نیتریدی توانستند به خوبی فرآیند فوتوپلیمری شدن مونومرهای اکریلاتی را در حضور یک آغازگر کمکی در فاز گازی کاتالیز کنند. در این فرآیند تک مرحله ای ذرات کربن نیتریدی نه تنها نقش کاتالیزگر را ایفا می کردند بلکه همزمان به عنوان پرکننده و قالب نیز عمل می کردند. در روش ارائه شده میانگین زمان اقامت ذرات آئروسل در فوتوراکتور حدود 90 ثانیه است. فرآیند آئروسل-فوتوپلیمری شدن ارائه شده در این پژوهش هیچ نیازی به حلال و سورفکتانت ندارد و در دمای اتاق کار می کند. همچنین شرایط نانوذره مزوپور کربن نیتریدی که در فاز گازی و در حین تابش دهی با نور UV به راحتی می تواند بچرخد شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی با FDTD به خوبی نشان می دهند که با در نظر گرفتن چرخش برای نانوذره، دانسیته حفره (h+) تقریبا بصورت یکنواختی در تمام قسمت های مزوپور کروی کربن نیتریدی توزیع شده است که این پدیده منجر به استفاده بهینه از نور می شود. در نتیجه محصول پلیمر بدست آمده بسیار همگن است.
- Abstract
- In this work, a novel and facile approach was reported for the preparation of spherical submicron carbon nitride-based polymer composites by continuous aerosol-photopolymerization process. In this regard, mesoporous silica nanosphere (MSN) materials were initially prepared by spray drying method. Then, nanospherical mesoporous carbon nitride (NMCN) materials were synthesized via a nanocasting approach using MSNs as hard templates. In addition to experimental characterization, the effect of porosity on the light absorption enhancement and consequently the generation rate of electron-hole pairs inside the NMCN was simulated using a three-dimensional FDTD method. To produce the carbon nitride-based polymer composite, NMCN materials exhibit excellent performance in photopolymerization of acrylate monomers in the presence of n-methyldiethanolamine (MDEA) as a co-initiator in a continuous aerosol-based process. In this one-pot synthesis, NMCN materials act not only as photoinitiators, but at the same time as fillers and templates. The average aerosol residence time in the photoreactor is about 90 s. The presented aerosol-photopolymerization process avoids the need for solvent and surfactant and operates at room temperature. Furthermore, we simulated the condition of NMCN materials during illumination in the gas phase process which can freely rotate. The results demonstrated that the hole (h+) density is almost equally distributed in the whole part of the SMCN materials due to their rotation, leading to efficient light harvesting and more-homogeneous photoreaction.Keywords: spherical nanoporous carbon nitride, carbon nitride-based polymer composite, aerosol-photopolymerization, FDTD method.
