تاثير ناخالصي كبالت (Co) بر ويژگي‌هاي ساختاري و اپتيكي نانوكريستالهاي اكسيد روي (ZnO) تهيه شده با روش همرسوبي

The Effect of Cobalt dopants on the Structural and Optical Properties of ZnO Oxide Nanocrystals prepared by coprecipitation method.

در اين تحقيق نانوذرات خالص ZnO و آلياژي Co-ZnO با درصد هاي ناخالصي %5 و %10 كبالت و با پيش ماده­هاي جديد سولفات روي و كلريد كبالت در حضور پايدارسازهاي NaBH4 و CTAB با روش همرسوبي ساخته شدند. به منظور تعيين خواص بلوري، اپتيكي و موفولوژيكي از نمونه ها آناليز­هاي XRD،TEM FTIR ، EDX، FESEM و UV-DRS صورت گرفت. نتايج ساختاري XRD نشان داد كه نمونه هاي خالص و به همراه ناخالصي داراي ساختار هگزاگونال هستند. همچنين نتايج پراش اشعه ايكس نشان داد كه با افزايش ناخالصي Co از اندازه نانوذرات تاnm 40 براي حالت %10 كاسته مي­شود. نتايج آناليز FESEM حاكي از يكنواختي نانوذرات مي­باشد، بطوريكه با افزايش ناخالصي كبالت از ميزان يكنواختي آنها كاسته مي­شود. نتايج آناليز عنصري EDX نشان داد كه درصد وزنيZn براي نمونه هاي %0، %5 و %10 بترتيب برابر باwt%81، wt%79/2 و wt%74/4 مي­باشد كه اين كاهش، نشان دهنده ورود ناخالصي كبالت بصورت درون شبكه­اي و جايگزيني آن با اتمهاي Zn مي­باشد. نتايج آناليز TEM نشان دادند كه نانوذرات با ناخالصي %5 بصورت شبه كروي در اندازه nm55 تشكيل مي شوند. نتايج آناليز FTIR حاكي از قله جذب بسيار شديدي در عدد موج cm-1434، متعلق به پيوند ارتعاشي Zn-O و قله جذب ايجاد شده در عدد موج cm-13434 مربوط به فعالسازي راديكالهاي OH مي­باشد كه با افزودن ناخالصي مقدار جذب آن افزايش مي­يابد و در نتيجه باعث افزايش فعاليت فتوكاتاليستي در اين نمونه مي­شود. آناليز UV-DRS،‌ نشان داد كه گاف نوار انرژي نمونه با افزايش ناخالصي كبالت، از eV3/17 براي نمونه خالص اكسيد روي تا eV2/88 در نمونه اي با ناخالصي %10 بطور چشمگيري كاهش مي­يابد.

In this study, pure ZnO and Co-doped ZnO nanoparticles were synthesized with cobalt dopants of 5% and 10% with new zinc sulfate and cobalt chloride precursors in the presence of NaBH4 and CTAB stabilizers. In order to determine the crystalline, optical and morphological properties of the samples, XRD, TEM FTIR, EDX, FESEM and UV-DRS were analyzed. The XRD results showed that the samples had a hexagonal structure. Also, x-ray diffraction results showed that the size of the nanoparticles is reduced to 40 nm by increasing Co dopant up to 10%. The results of the FESEM analysis show the uniformity of nanoparticles is reduced with the increase in the cobalt impurity. Elemental analysis (EDX) revealed that weight percent of zinc element for samples with impurity of 0%, 5% and 10%, was 81% wt, 79.2% wt and 74.4% wt, respectively, which indicates that the cobalt impurities penetrates into the Zn matrix. The results of the TEM analysis showed that nanoparticles are quasi spherical with average diameter of 55 nm for 5% impurity. The results of the FTIR analysis indicate a very high absorption peak in the 434 cm-1 frequency belonging to the Zn-O vibrating band and the absorption peak generated in the 3434 cm-1 wavenumber associated with the activation of OH radicals which increase the photocatalytic activity in this sample. The UV-DRS analysis showed that the band gap energy of the sample decreases from 3.7 eV to 2.88 eV for pure and doped samples, respectiviely.