سنتز نانوذرات اکسيد سرب در حضور امواج اولتراسونيک

[محمــد 4,415]

نانوذرات اكسيد سرب(II)ازواکنش نيترات سرب با كربنات سديم در حضور امواج اولتراسونيك و افزودنی پلی وينيل پيروليدون (PVP) به عنوان جهت دهنده سنتز شد. با فزايش كربنات سديم به نيترات سرب، رسوب كربنات سرب تشکيل می شود که پس از جداسازی، در دماي C° 320 براي دو ساعت قرار گرفته تا بعد از دست دادن CO2 تبديل به PbO شود. اثر عوامل مختلف نظير غلظت واکنشگرها، دمای سنتز و اثر چند افزودنی مختلف به روش "يک عامل در يک زمان" بررسي شد. سنتز اکسيد سرب در شرايط بهينه شده شامل نيترات سرب M 1/0، کربنات سديم M 2/0، دمای ºC40 وPVP با غلظت g/l 6 منجر به تشکيل نانوذرات اکسيد سرب با يک ساختار بسيار متخلخل می شود. مورفولوژی و اندازه ذرات سنتز شده بوسيله دستگاه ميكروسكوپ الكترني (SEM) بررسي شد.

كلمات كليدي: نانوذرات،اكسيد سرب، نيترات سرب، PVP، اولتراسونيك

1. مقدمه

اكسيدهاي سرب به دليل كاربرد متنوع مورد توجه فراوان قرار دارد( بخصوص PbO و PbO2) كه در اين ميان دي اكسيد سرب به روش هاي متفاوتي توليد شده است اما توليد نانو ذرات اكسيد سرب PbO) ) به صورت محدود مورد بررسي قرار گرفته است كه از آن جمله ميتوان به توليد نانو ساختاربه روش اسپري كه هدف آن افزايش سطح تماس آن در باتريهاي همراه با يون ليتيم ]1[ ميباشد را نام برد.

2. بخش تجربي

2-1- مواد

براي توليد نانوذرات اكسيد سرب از نيترات سرب وكربنات سرب وPVP كه ساخت كمپاني Loba Chemie از كشور هند ميباشد، استفاده شد.

2-2- دستگاهها

براي سنتزاز دستگاه اولتراسونيك با مدل TECNO_GAZ ،TECNA6 از كشور ايتاليا استفاده شد. برای بررسی مورفولوژی و اندازه ذرات از دستگاه ميکروسکوپ الکترونی (SEM) مدل XL30 ساخت كمپاني فيليپس ازكشور هلند استفاده شد. روکش دهی نانوذرات با طلا به منظور تهيه عکسهای الکترونی با دستگاه لايه گذاري طلا ساخت شركت Bal-Tek كشور سوئيس استفاده شد.

2-3- روش

ابتدا نيترات سرب را با غلظت 1/. مولار تهيه كرده مقدارcc100 از آن را داخل بالن cc 500 ريخته ومقدار 10 گرم PVP بدان اضافه كرده وپس از حل شدن داخل اولتراسونيك قرار داده ودر دماي C°40 مقدار cc100 كربنات سديم 2/. مولار به آن اضافه شد. رسوب كربنات سرب سفيد رنگ بسرعت تشكيل شد که بعد از يك ساعت، با آب مقطر و اتانول شستشو داده شده و سپس صاف شد. به مدت يك ساعت در داخل اتانول با امواج اولتراسونيك هم زده شد. آنگاه دوباره صاف شده و به مدت 2 ساعت درداخل كوره C°320 گذاشته شد تا با آزاد شدن CO2 تبديل به PbO شود. بعد از سنتز هر نمونه، ساختار و اندازه ذرات سنتز شده توسط دستگاه ميکروسکوپ الکترونی مشاهده و بررسی شد.

3. نتايج وبحث

بهينه سازی شرايط سنتز نانو ذرات اكسيد سرب به منظور دسترسی به نانو ساختار منظم با بررسی اثر غلظت واکنشگرها، دما ومقدار PVP بررسي شد.

3-1- اثر حضور امواج اولتراسونيک

با سنتز يک نمونه در حضور امواج اولتراسونيک و يک نمونه ديگر بدون حضور اين امواج مشاهده شد که تابش امواج اولتراسونيک بر محلول سنتز اکسيد سرب منجر به تشکيل ساختار منظم و ريزتری می شود.

3-2- اثر غلظت واکنشگرها

غلظت نيترات سرب از M 01/0 تا M 1 و غلظت کربنات سديم از M 02/0 تا M 2 تغيير داده شد و اثر اين تغييرات با تهيه عکس ميکروسکوپ الکترونی از هر نمونه مشاهده شد. به عنوان نمونه تغييرات ساختار در 2 مورد از نمونه ها نشان داده می شود. هنگامی که سنتز در محلول شامل M 1 نيترات سرب و M 2 مولار کربنات سديم در دمای C°40 و بدون حضور افزودنی انجام می شود ساختاری مطابق شکل 1 بدست می آيد. همان طور که در شکل 1 ديده می شود، ذرات ساختاری ناهماهنگ و اندازه های بزرگتر از 100 نانومتر دارند.

شکل 1. تصوير ميکروسکوپ الکترونی نمونه سنتز شده درM 1 نيترات سرب و M 2 کربنات سديم در دمای C°40 و بدون حضور افزودنی

وقتی از محلول سنتز با غلظت 1/. مولار از نيترات سرب و 2/0 مولار کربنات سديم در دماي C°40 و بدون حضور افزودنی استفاده می شود، ساختار نمونه به سمت تشکيل نانوذرات سوق داده می شود که تصوير SEM اين نمونه در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2. تصوير SEM از نمونه سنتز شده در غلظت M 1/. از نيترات سرب و M 2/. کربنات سديم در دماي C°40 و بدون حضور افزودنی

نتايج حاصل از آزمايشات اين قسمت نشان داد که اگر اکسيد سرب در محلول حاوی M 1/. از نيترات سرب و M 2/. کربنات سديم سنتز شود، ساختارهای منظم با اندازه ذراتی کمتر از 100 نانومتر حاصل می شود.

3-3- اثر دمای سنتز

سنتز اکسيد سرب در غلظت M 1/. از نيترات سرب و M 2/. کربنات سديم و بدون حضور افزودنی در چند دمای مختلف در گستره C°0 تا C°70 انجام شد. نتايج نشان داد که در دمای سنتز C°40 ساختار منظم تر با اندازه ريزتر بدست می آید. برای نشان دادن اثر دما، تصاوير SEM دو نمونه از سنتزها در شکل 3 و 4 نشان داده شده است.

شکل 3. تصوير SEM نمونه سنتز شده در دمای صفر درجه شكل 4. تصوير SEM نمونه سنتز شده در دمای C°40

3-4- بررسي اثر افزودنی های مختلف

پس از بهينه سازی اثر غلظت واکنشگرها و دما، سنتز در حضور افزودنی های سديم دودسيل سولفات (SDS)، سديم بنزن سولفونات (SDBS)، ستيل تری متيل آمونيوم برميد (CTAB)، پلی وينيل الکل (PVA) و پلی وينيل پيروليدون (PVP) ]4[ انجام شد. با بررسی تصاوير ميکروسکوپ الکترونی نمونه های حاصل، مشخص شد که بهترين کارآيی مربوط به PVP است به همين ديل اين افزودنی به عنوان يک افزودنی جهت دهنده ساختار انتخاب شده و اثر تغيير غلظت آن بر روی مورفولوژی و اندازه ذرات حاصل بررسی شد. غلظت PVP از g/l 5/0 تا g/l 6 تغيير داده شد. تصاوير ميکروسکوپ الکترونی سه مورد از نمونه های تهيه شده در حضور مقادير مختلف PVP در شکلهای 5 تا 7 نشان داده شده است. شکل 5 و 6 تصاوير ميکروسکوپ الکترونی نمونه هايی را نشان می دهند که به ترتيب در غلظت g/l 5/0 (کمتر از مقدار بهينه) و g/l 6 (بيشتر از مقدار بهينه) سنتز شده اند. با مقايسه ين دو تصوير با تصوير نشان داده شده در شکل 7 مشخص می شود که در غلظت g/l 1 از جهت دهنده ساختاری PVP پودر اکسيد سرب با يک ساختار بسيار منظم و متخلخل و با اندازه ذرات در کستره 20 تا 40 نانومتر بدست می آيد.

شکل 5. تصوير SEM نمونه اکسيد سرب سنتز شده در حضور g/l 5/0 PVP شکل 6. تصوير SEM نمونه اکسيد سرب سنتز شده در حضور g/l 6 PVP

شکل 7. تصوير SEM نمونه اکسيد سرب سنتز شده در حضور g/l 1 PVP

نتيجه گيری

با سنتز اکسيد سرب در حضور امواج اولتراسونيک و افزودنی PVP ذرات بسيار متخلخل با ساختار بسيار يکنواخت و اندازه ذرات نانومتری حاصل می شود.

منبع:سعيد حقدار – شركت كاراشيمي

Saeed_hagh@yahoo.com

09123158940

مراجع

[1] K. Konstantinov , S.H.Ng ,J.Z. Wang , D. Wexler , H.K. Liu , Power Sources 2006

[2] S. Ghasemi, H. Karami, M. F. Mousavi, M. Shamsipur, Electroche. Commun., (2006).

[3] S. Ghasemi, H. Karami, M. F. Mousavi, M. Shamsipur, S. H. Kazemi, Electrochim. Acta, (2006).

[4]Zongtao Zhang, Bin Zhao, and Liming Hu , Journal of solid state chemistry 121, 105-110 (1996)