فصلنامه نانو مواد
پیاپی 51 (پاییز 1401)

هدف از این مطالعه، پایدارسازی آنزیم cABCI از طریق تثبیت با روش entrapment بر روی نانوذره سیلیکن متخلخل می باشد. نانوذره سیلیکن متخلخل به دلیل زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری، خواص لومینسانس ذاتی و ساختار متخلخل برای حمل دارو، قابلیت های قابل توجهی در کاربردهای بیولوژیک از خود نشان می دهد. در نتیجه این نانوذره به عنوان حامل آنزیم cABCI با هدف افزایش پایداری این آنزیم بکار برده شده است. نانوذره سیلیکن متخلخل از طریق روش electrochemical etching بر روی ویفر سیلیکن در محلول HF/Etanol تهیه شد. مورفولوژی نانوذره سنتز شده از طریق SEM مورد مطالعه قرار گرفت و تثبیت آنزیم کندروتیناز ABC I بر روی سیلیکن متخلخل از طریق تصویربرداری میکروسکوپ SEM از سیلیکن متخلخل قبل و بعد تثبیت آنزیم مورد تایید قرار گرفت. نتایج بدست آمده، میزان Km مشابه و کاهش در Vmax برای آنزیم تثبیت شده در مقایسه با آنزیم آزاد را نشان داد. علاوه بر این، با بررسی خصوصیات لومینسانس نانوذرات سیلیکن، ماکزیمم پیک برای سیلیکن سبز و قرمز به ترتیب در طول موج 500 و 750-650 نانومتر مشاهده شد. همچنین، آنزیم تثبیت شده بر روی نانوذرات سیلیکن متخلخل افزایش چند برابری پایداری در تمامی دماهای بررسی شده بعد از گذشت 50 دقیقه را نشان می دهد. بنابراین سیلیکن متخلخل می تواند به عنوان یک بستر پایدارکننده برای حمل آنزیم cABCI، در کاربردهای بالینی آینده مفید واقع شود.

در این پژوهش، با استفاده از دو لایه سدکننده روی هم از جنس اکسید روی و اکسید تیتانیوم بازدهی سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش داده شد. این لایه های سدکننده که با استفاده از روش کندوپاش بسامد رادیویی ساخته شده اند، توانسته اند بازدهی سلول های خورشیدی را از 9/4% به 1/7% افزایش دهند. این نتیجه که توسط آنالیزهای XRD، FESEM، J-V، IPCE و EIS تایید شده است، برای افزایش هر چه بیشتر کاربرد سلول های خورشیدی حساس شده با رنگ می تواند بسیار موثر باشد. همچنین نتایج EIS در حالت خاموش نشان می دهد که مقاومت انتقال بار سلول با لایه نشانی دو لایه سدکننده ZnO و TiO2 از مقدار 63 تا مقدار 90 اهم افزایش می یابد که به معنی کاهش میزان بازترکیب در سطح لایه ها است. همچنین با استفاده از روش ولتامتری چرخه ای به ساخت الکترودهای مقابل PANI، WO3 و ترکیب این دو یعنی WO3/PANI پرداختیم. این الکترودها به جای الکترود مقابل Pt که به صورت معمول در سلول های حساس شده با رنگ به وفور دیده می شود، استفاده شدند. نتایج نشان می دهند علی رغم اینکه الکترودهای WO3 و PANI خود به تنهایی عملکردی به خوبی Pt ندارند اما سلول ساخته شده از ترکیب WO3/PANI با داشتن جریان مدار بسته mA/cm2 00/18، ولتاژ مدار باز mV 685 و FF معادل 55% دارای بازده 78/6% است که نسبت به سلول ساخته شده با الکترود مقابل Pt با بازده 03/6% عملکرد بهتری دارد.

در این تحقیق، ابتدا نمونه های حاوی نانوذرات CoFe2O4 با روش هم رسوبی سنتز شدند. همچنین تاثیر شکل و اندازه نانوذرات فریت کبالت در حضور عامل فعال کننده سطحی نشاسته مورد بررسی قرار گرفت. نانوکامپوزیت با ساختار هسته-پوسته CoFe2O4-TiO2 که در آن نانوذرات فریت کبالت به عنوان هسته مغناطیس و نانوذرات TiO2 به عنوان پوسته با روش سل-ژل تهیه گردید. برای مشخصه یابی این مواد از     SEM، XRD جهت بررسی نانوساختارها استفاده شد. قطر میانگین نانوکامپوزیت ها در تمام نمونه ها توسط SEM مابین nm 40-55 محاسبه شد. میانگین اندازه نانوبلورک ها برای نمونه های نانوذرات CoFe2O4، TiO2 و نانوکامپوزیت CoFe2O4-TiO2 با استفاده از رابطه دبای- شرر به ترتیب حدود nm 19، nm 32 و nm 21 بدست آمد. تصاویر SEM نانوکامپوزیت سنتز شده، ماهیت کروی بودن و توزیع یکنواخت نانوکامپوزیت ها با اندازه قطر متوسط nm 50 را تایید کردند. طیف سنج UV-Vis جهت بررسی دی اکسید تیتانیوم تحت نور مریی استفاده گردید. در نهایت جهت بررسی فعالیت فوتوکاتالیستی این نانوکامپوزیت، با استفاده از تخریب سه رنگ آلی اسید بلو، متیل اورنج و کنگورد حاوی نانوکامپوزیت تحت تابش UV و اثر مقدار ماده جاذب و مدت زمان پرتودهی روی درصد کاهش غلظت رنگ محلول ها مورد بررسی قرار گرفت. بنابراین نانوکامپوزیت CoFe2O4-TiO2 به عنوان یک ماده جاذب دارای عملکرد مغناطیسی و فوتوکاتالیستی مناسبی هستند.

فیلم های نازک نانوساختاری اکسید روی با ضخامت حدود nm 150 با روش اسپاترینگ پلاسمایی برای سه دمای مختلف زیرلایه استیلی و درصدهای مختلف ترکیب اکسیژن و گاز کاری آرگون تهیه گردیده و نمونه های مختلف تحت تابش پرتوهای گاما Co60 قرار داده شدند. تغییرات در طیف پراش پرتو اشعه X (XRD)، مقاومت ویژه و به تبع آن هدایت الکتریکی و مورفولوژی سطح برای دوزهای مختلف پرتو گاما از Gy 50 تا Gy 2000 بررسی و مورد تحقیق قرار گرفته اند. با اینکه وابستگی خصوصیات الکتریکی و مورفولوژی فیلم های نازک با میزان دوز تابشی گاما، درصد ترکیب های گاز کاری و دماهای زیرلایه بسیار پیچیده است با این حال برای بعضی از دوزهای گاما تغییرات در فاز ساختاری، مقاومت ویژه و اندازه نانودانه های نشانده شده روی زیرلایه استیل به وضوح قابل ملاحظه هستند.

در این پژوهش، حذف دو نوع ماده رنگزاهای آلاینده آب شامل ماده رنگزای کاتیونی متیلن بلو و ماده رنگزای آنیونی متیل اورنج، توسط نانوکامپوزیت مغناطیسی Fe2O3/NiO در بستر سیلیکا به عنوان نانوکاتالیست بررسی شد. نانوذرات مغناطیسی Fe2O3/NiO به روش سل-ژل سنتز و در بستر سیلیکا قرار داده شد. به منظور بررسی مورفولوژی، اندازه ذرات، تعیین ساختار بلوری و خاصیت مغناطیسی نانوکاتالیست سنتز شده از روش های XRD، FTIR، SEM، BET، TEM و VSM استفاده شد. نتایج نشان می دهد مورفولوژی نانوذرات به صورت کروی بوده و اندازه آن ها حدودا nm 10 می باشد. مساحت سطح نانوکاتالیست برابر m2.g-1 17/323، حجم کل حفرات برابر cm3.g-1 24/74 و میانگین قطر حفرات برابر nm 5/2 است و درنتیجه تخلخل نانوکاتالیست از نوع مزومتخلخل می باشد. آنالیز خواص مغناطیسی نانوکاتالیست مغناطیسی سنتز شده در بستر سیلیس نشان داد این ماده در شرایط میدان اعمالی 5/1 تسلا دارای مغناطش اشباع emu/g 2 می باشد و خاصیت سوپرپارامغناطیس از خود نشان می دهد. نانوکاتالیست مغناطیسی سنتز شده قابلیت استفاده در حذف آلاینده رنگزا زیست محیطی را داشته و مواد رنگزای آنیونی را بهتر از مواد رنگزای کاتیونی حذف می کند. سینتیک حذف مواد آلاینده رنگزا توسط نانوکاتالیست از سینتیک شبه مرتبه دوم پیروی می کند.

در این پژوهش، برای حذف رنگ راکتیو قرمز 195 از پساب سنتتیک، از روش های اکسیداسیون فتوکاتالیستی و سونوکاتالیستی در حضور نانوذرات اکسید مس استفاده شد. ابتدا نانوذرات CuO با استفاده از عصاره بذر اسپند سنتز شد و صحت سنتز با آزمون های XRD، SEM، EDX، FTIR و TEM تایید گردید. در ادامه، مکانیسم حذف رنگ توسط نانوذرات CuO با مدل های سینتیکی شبه درجه اول، شبه درجه دوم، الوویچ و نفوذ درون ذره ای مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت مشخص شدن تعادل حذف، از ایزوترم های لانگمویر، فروندلیچ و تمکین در شرایط تاریکی استفاده شد. نتایج نشان داد که متوسط اندازه نانوذرات CuO در حدود nm 33 و مورفولوژی نانوذرات کروی شکل است. حداکثر مقدار حذف رنگ در فرآیند فتوکاتالیستی در شرایط بهینه (4pH=، دوز نانوذرهg  1/0، غلظت رنگmg/L  20 و زمانmin  45) %86 و در فرآیند سونوکاتالیستی در شرایط بهینه (2pH=، دوز نانوذرهg  08/0، غلظت رنگmg/L  20 و زمانmin  45) %58 حاصل شد. با توجه به داده های تجربی حاصل از آزمایش و ضرایب همبستگی خطی، سینتیک واکنش در هر دو فرآیند فتوکاتالیستی و سونوکاتالیستی، بیشترین مطابقت را با مدل سینتیکی شبه درجه دوم دارد. همچنین نتایج نشان داد که ایزوترم لانگمویر با ضریب همبستگی خطی 964/0 برای توصیف فرآیند تعادلی حذف رنگ توسط نانوذرات اکسید مس در شرایط تاریکی مناسب می باشد.