رشد عمودی و منظم نانومیله های ZnO به روشی آسان: مکانیزم رشد و فعالیت فتوکاتالیستی آنها

در این تحقیق، به روشی ایمن و بسیار آسان، نانومیله های روی اکسید ZnO بصورت کاملا منظم و عمود بر روی زیرلایه شیشه رشد داده شدند. ابتدا به روش سل ژل یک لایه نازک دانه ای روی سطح شیشه ایجاد گردید. این دانه ها با قطر متوسط حدود nm 5 ± 100 هسته های رشد را برای نانومیله ها ایجاد کردند و باعث گردید نانومیله ها در فشار اتاق و دمای پایین oC 70 به روش هیدروترمال و بدون استفاده از اتوکلاو رشد کنند. تاثیر بازی بودن محلول فرآیند هیدروترمال بر میزان و نحوه رشد نانومیله ها ،از طریق تغییر غلظت NaOH بصورت کاملا مدون بررسی گردیده و مکانیزم رشد نانومیله ها پیشنهاد گردید. نتایج آنالیزها نشان داد که در غلظت های پایین NaOH کمتر از M 05/0 نانومیله ها رشد چندانی نداشته اند. از طرف دیگر در غلظت بالای NaOH بیشتر از M 12/0 نه تنها نانومیله ها رشد نکرده اند، بلکه لایه نازک دانه ای نیز خورده شده اند. در غلظت بهینه ی NaOH یعنی M10/0، نانومیله ها کاملا عمود بر زیرلایه و با آرایشی منظم و یکنواخت رشد کرده اند. بر اساس تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، SEM، قطر متوسط نانومیله ها در نمونه ی بهینه nm 5 ± 70 و طول متوسط آنها تقرببا nm 10 ± 360 تعیین گردید. همچنین این نمونه بالاترین زبری سطح nm 1/23 را دارد. خاصیت فتوکاتالیستی نانولوله های سنتز شده از طریق تجزیه محلول متیلن آبی تحت تابش نور فرابنفش UV مورد بررسی قرار گرفت. نمونه ای که با غلظت بهینه NaOH تهیه شده بود، بالاترین نرخ واکنش فتوکاتالیستی 1-min 0055/0 را از خود نشان داد. آرایش منظم و عمودی نانومیله ها در نمونه بهینه، که مسیر معینی را برای حرکت حامل های بار ایجاد کرده و ترابرد الکترون ها را افزایش می دهد، به همراه سطح موثر بالا، که باعث افزایش مکانهای فعال واکنش های فتوکاتالیستی و همچنین افزایش جذب نور می شود، سبب شده است که این نمونه بالاترین خاصیت فتوکاتالیستی یک مرتبه بزرگی بیشتر از نمونه های دیگر را داشته باشد. مکانیزم و مطالب ارائه شده در این مقاله اطلاعات بسیار مفیدی را برای رشد عمودی و منظم نانوساختارهای یک بعدی ZnO به روشی کاملا آسان، ایمن و اقتصادی فراهم آورده است که برای کاربردهایی نظیر سلول های خورشیدی و وسایل اپتوالکترونیکی بسیار سودمند خواهد بود.