انتشار سه مقاله از دانشجوی دانشگاه تهران در مجلات یک درصد برتر جهان

به گزارش روابط عمومی دانشگاه تهران به نقل از پردیس علوم، ابوالفضل زیارتی، دانشجوی مقطع دکتری رشته نانو شیمی توانست با انجام تحقیقاتی مفصل با راهنمایی دکتر علیرضا بدیعی، استاد پردیس علوم دانشگاه تهران، مقالاتی را به رشته تحریر در آورد که در مجلات یک درصد برتر جهان انتشار یابند.

مقاله «طراحی و ساخت فوتوکاتالیست TiO2 زرده-پوسته هیدروژنه با سطح چروکیده دارای فعالیت چشمگیر در ناحیه مرئی» طراحی یک معماری نوین برای نیمه‌رسانای تیتانیوم دی اکسید همراه با فعالیت فتوکاتالیستی چشمگیر در محدوده نور مرئی است که در مجله A Journal of Materials Chemistry با ضریب تأثیر ۹.۹۳ (جلد ۶، سال ۲۰۱۸، صفحات ۸۹۶۲ تا ۸۹۶۸) منتشر شده است.
ابوالفضل زیارتی ضمن اشاره به اهمیت بالای فتوکاتالیست‌ها در آینده پیش رو به علت توانایی تبدیل انرژی بی‌پایان نور به انرژی شیمیایی، می‌گوید: «می‌توان با طراحی و سنتز فتوکاتالیست‌ها با ساختارهای مهندسی شده و ایجاد معماری‌های نوین و هدفمند با رویکرد فناوری نانو، بازده و عملکرد این نیمه‌رساناها را به طور چشمگیری بهبود بخشید».
وی افزود: «با اتکا به این رویکرد، معماری چین خورده زرده-پوسته (yolk-shell) تیتانیوم دی اکسید با استفاده از روش‌های سولوترمال، اچینگ کنترل شده و هیدروژناسیون در دمای بالا طراحی شده است. مرحله سولوترمال منجر به ساخت TiO2 با مورفولوژی زرده-پوسته شده که می‌تواند با داشتن فضای خالی بین هسته و پوسته به عنوان یک نانو-راکتور برای انجام واکنش‌های شیمیایی عمل کند».

تصاویر TEM، HRTEM و XPS برای TiO 2 زرده-پوسته (a, c, e) و TiO 2 زرده-پوسته چروکیده (b, d, f). مقیاس µm 1 (a, c) و nm 5 (b, d).

به گفته وی مرحله اچینگ کنترل شده منجر به تشکیل ساختار چین‌خورده دارای سطح مؤثر بالا و قابلیت انعکاس متعدد نور شده که می‌تواند بازده جذب نور را افزایش دهد و در نهایت مرحله هیدروژناسیون باعث تشکیل گونه‌های Ti3+ روی سطح TiO2 شده که با سرعت بخشیدن به جداسازی الکترون و حفره باعث فعالیت ساختار در محدوده نور مرئی می‌شود.
زیارتی خاطر نشان می‌کند که استراتژی‌های پیشنهاد شده در طراحی این فوتوکاتالیست منجر به فعالیت و گزینش‌پذیری چشمگیر برای واکنش‌های اکسیداسیون در محدوده نور مرئی می‌شود».
این دانشجوی دکتری دانشگاه تهران می‌گوید: «همچنین نتایج این کار می‌تواند یک رویکرد جدید برای طراحی نانومعماری‌های پیشرفته با خواص بهبود یافته در فرایندهای فوتوکاتالیستی و کاتالیستی به وجود آورد».

مقاله «طراحی و ساخت نانومکعب‌های توخالی تیتانیوم دی اکسید سیاه به عنوان فوتوکاتالیستی قدرتمند برای تشکیل ترکیبات آلی با استفاده از نور مرئی» نانومکعب‌های توخالی تیتانیوم دی اکسید سیاه را به عنوان فوتوکاتالیستی مؤثر برای انجام واکنش‌های آلی در حضور نور مرئی معرفی می‌کند.
زیارتی درباره این دستاورد علمی می‌گوید: «در این پژوهش ما با استفاده از روشی چندمرحله‌ای، نانومکعب‌های توخالی TiO 2 هیدروژنه را با سطح مؤثری قابل توجه و فعالیت فوتوکاتالیستی چشمگیر برای تهیه مشتقات بنزایمیدازول در محدوده نور مرئی ارائه کرده‌ایم».
به گفته او، در این معماری پوسته فوق نازک ساختار نانورآکتوری وظیفه سرعت بخشیدن به جذب و انتقال گونه‌های آلی را بر عهده دارد، در حالی که فضای داخلی علاوه بر عملکرد به عنوان مکان انجام واکنش، می‌تواند با پراکندگی‌های متعدد، میزان جذب نور را توسط مکان‌های فعال افزایش دهد. از طرف دیگر نقص‌های ساختاری ایجاد شده بر روی سطح ساختار در طی فرایند هیدروژناسیون می‌تواند باندگپ را کاهش داده و جذب را به ناحیه مرئی انتقال دهد و در عین حال جداسازی الکترون-حفره را بهبود بخشد.

فرایند کلی ساخت و تصاویر SEM، SEM-BSE و TEM برای هریک از مراحل تهیه BHC-TiO 2. مقیاس‌ها µm 1 (الف-د) و nm 500 (ه-ل).

زیارتی تاکید می‌کند: «تمامی موارد مطرح شده منجر به ایجاد فوتوکاتالیستی مؤثر برای تولید مشتقات بنزایمیدازول با بازده عالی در حضور نور مرئی شده که می‌تواند به عنوان الگویی برای طراحی ساختارهای هوشمند در کاربردهایی هم‌چون تبدیل انرژی، سلول‌های خورشیدی و سایر موارد مرتبط نیز مورد استفاده قرار گیرد».
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله معتبر Applied Catalysis B: Environmental با ضریب تأثیر ۱۱.۶۹ (جلد ۲۳۸، سال ۲۰۱۸، صفحات ۱۷۷ تا ۱۸۳) منتشر شده است.

مقاله «طراحی و ساخت موادی با معماری ویژه آبدوست / آبگریز TiO2 زرده-پوسته پوشیده شده با گرافن برای اکسایش فوتوکاتالیستی فوق گزینشی الکل‌ها» که در مجله Applied Catalysis B: Environmental با ضریب تأثیر ۱۱.۶۹ (جلد ۲۴۰، سال ۲۰۱۹، صفحات ۷۲ تا ۷۸) منتشر شده است، ساختاری مهندسی شده با رفتار هوشمند برای اکسایش فوق گزینشی فوتوکاتالیستی طراحی کرده است.
در این پژوهش معماری دوگانه آبدوست / آبگریز زرده-پوسته به عنوان یک استراتژی جدید با رفتار هوشمندانه برای اکسایش انتخابی فتوکاتالیستی غیر وابسته به دما ارائه شده است.

تصاویر SEM، TEM و HRTEM برای TiO 2 زرده-پوسته (الف-د) و TiO 2 زرده-پوسته پوشیده شده با گرافن (ه-ح).

در این طرح با روشی نوین صفحات گرافنی آبگریز حول تیتانیای زرده-پوسته آبدوست پیچیده شد تا یک ساختار دوگانه آبدوست / آبگریز تشکیل شود. این ساختار فعالیت فتوکاتالیستی چشمگیری برای اکسایش انتخابی الکل‌ها به آلدهیدها از خود نشان داده به طوریکه در کمتر از ۴ ساعت توانسته به گزینش پذیری ۹۹% برای این واکنش برسد.