بهینه‌سازی خواص فتوکاتالیستی با سنتز نانوساختارهای مرجانی
محقق دانشگاه صنعتی همدان با انجام یک طرح آزمایشگاهی تلاش کرد با سنتز نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم با ساختار مرجانی شکل، خواص فتوکاتالیستی این نانوساختارها را بهینه کند. آزمایش خواص این نانوساختارها در حذف ترکیبات رنگی از آب موفقیت‌آمیز بوده است.
به‌طورکلی، عملکرد نانومواد به‌صورت قابل‌ملاحظه‌ای به اندازه، شکل و مورفولوژی آن‌ها وابسته است. در سال‌های اخیر، تولید مواد معدنی دارای ساختار سه‌بعدی، به دلیل پتانسیل بالایشان در کاربردهای فتوکاتالیستی، موضوع بسیاری از فعالیت‌های تحقیقاتی شده است. فیلترهای غشایی، حسگرهای گازی، سلول‌های خورشیدی رنگ‌دانه‌ای و ابزارهای ذخیره‌سازی انرژی از مهم‌ترین کاربردهای این نانومواد به شمار می‌روند. دی‌اکسید تیتانیوم به‌عنوان یک ماده‌ی فتوکاتالیست شناخته شده، به‌صورت گسترده جهت تخریب مواد آلی موجود در هوا و آب مورد توجه و استفاده قرار گرفته است.
دکتر علیرضا بهرامیان، مجری طرح، ضمن اشاره به قیمت ارزان و پایداری بالای شیمیایی دی‌اکسید تیتانیوم به‌عنوان خصوصیات جالب توجه این ماده در خصوص اهداف طرح گفت: «در این پژوهش با استفاده از یک روش شیمیایی، یک نوع خاص از اکسید تیتانیوم با ساختار مرجانی شکل سنتز شده و کارایی آن در راستای حذف ترکیبات رنگی آلاینده از محیط آبی مورد مطالعه قرار گرفته است.»
نانوذره تولید شده در این طرح کارایی بالاتری نسبت به نمونه‌های مشابه در حذف رنگ‌های آلاینده از محیط آبی از خود به نمایش می‌گذارد.
بهرامیان در رابطه با سازوکار تشکیل ساختار مرجانی خاطرنشان کرد: «فیلم‌های نازک نانوساختار دی‌اکسید تیتانیوم با ساختار مرجانی شکل بر پایه‌ی مکانیسم رشد استوالد استوار هستند که طی این فرایند، نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم پس از تهیه، مجدداً در محلول حل شده و از آنجا که سرعت هسته‌زایی نانوذرات بیشتر از رشد آن‌هاست، لذا تعداد زیادی از هسته‌های اولیه در محلول شکل گرفته که موجب شکل گیری ساختارهای حفره‌ای دی‌اکسید تیتانیوم می‌گردد. ادامه‌ی رشد ذرات در محلول و اتصال هسته‌ها به یکدیگر موجب شکل‌گیری ساختار مرجانی شکل از ذرات دی‌اکسید تیتانیوم می‌گردد.»
به گفته‌ی این محقق، در طرح حاضر نوع خاصی از دی‌اکسید تیتانیوم با ساختار مرجانی شکل به کمک روش شیمیایی سل- ژل سنتز شده و نانوذرات تولید شده به‌وسیله‌ی روش لایه نشانی غوطه‌وری بر روی سطح لام شیشه‌ای رسوب داده شده‌اند. سپس خاصیت فتوکاتالیستی فیلم ایجاد شده در از بین بردن رنگ‌های شیمیایی آزو مورد بررسی قرار گرفته است.
بررسی‌ها نشان داده‌اند که تغییر ساختار این نانوذرات موجب افزایش سطح آن‌ها به میزان 167 مترمربع بر گرم شده و اندازه‌ی حفرات آن‌ها برابر با 12/3 نانومتر بوده است. این موضوع موجب افزایش خاصیت فتوکاتالیستی نانوذرات حاصل به میزان 1/5 برابر نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم تجاری P25 شده است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر علیرضا بهرامیان- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی همدان- است. نتایج این کار در مجله‌ی Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (جلد 35، شماره‌ی 2، سال 2016، صفحات 27 تا 41) به چاپ رسیده است.