SYNTHESIS AND FABRICATION OF HETERO-STRUCTURED METAL OXIDE NANOARRAYS AND THEIR CHARACTERIZATION FOR WATER SPLITTING APPLICATIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Thesis) Akram_MS_Thesis_.pdf Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذا البحث تم تحضير وتصنيع بعض الأكاسيد المعدنية المختلطة مثل أكسيد الزنك/ أكسيد الجاليوم و أكسيد التنجستان/ أكسيد الفانديوم بزموث النانوية، علي بعض الأسطح )الموصلة( لإستخدامها في تفاعلات تفكيك الماء عن طريق التفاعلات الكهروضوئية باستخدام الضوء المرئي. هذه الأكاسيد المعدنية المختلطة تم تحضيرها في خطوتين بطريقتين مختلفتين الطرق الفيزيائية و الطرق الحرارومائية. التركيبة المختلطة من أكسيد الزنك/أكسيد الجاليوم تم تحضيره و تثبيته علي سطح زجاجي موصل مصنوعة من أكسيد الإنديوم و أكسيد القصدير في محلول مائي قلوي )الرقم الهيدروجيني = 13 ~ ( تحتوي علي أكسيد الزنك و أكسيد الجاليوم . تحليل أشعة الحيود السيني أشار الي تكون التركيبة المختلطة من أكسيد الزنك/أكسيد الجاليوم. التشخيص بواسطة المسح السطحي عن طريق المجهر الإليكتروني أشار الي تكون أعواد نانوية قائمة مع الشكل السداسي علي سطحه فوق كل السطح الزجاجي )الموصل(. الخواص الضوئية لهذا التركيبة المختلطة من أكسيد الزنك/أكسيد الجاليوم تم دراسته بواسطة جهاز مقياس الأشعة فوق البنفسجية و أشار الي أن هذا الخليط يستطيع أن يمتص الضوء المرئي بكفاءة عالية. بالإضافة الي أنه تم دراسة مقدرة الأكسيد المختلط علي الإستجابة للضوء بإستخدام الضوء المرئي بتقنية الكرونوأمبيروميتري و لينير إسويب فولتاميتري . هذه الإستجابة للضوء المرئي تطور مع زيادة تركيز أكسيد الجاليوم و وصل أعلاها ) 0.60 ملي أمبير/سم 2 ( مع إضافة عنصر الذهب و عزي هذا الي الرنين البلازموني السطحي لجسيمات الذهب. أما التركيبة المختلطة من أكسيد التنجستان/أكسيد الفانديوم بزموث تم تحضيره و تثبيته علي السطح الزجاجي )الموصل( المصنوع من خليط أكسيد الإنديوم و أكسيد القصدير من محلول مائي عالي الحمضية )الرقم الهيدروجيني = ~ 1( يحتوي علي أكسيد التنجستان و أكسيد الفانديوم بزموث. تم التأكد علي تكون التركيبة المختلطة xix أكسيد التنجستان/أكسيد الفانديوم بزموث بواسطة أشعة الحيود السينية. التشخيص بواسطة المسح السطحي عن طريق المجهر الإليكتروني أشار الي تكون رقائق نانوية. تم التأكد أيضا علي مقدرة التركيبة المختلطة من أكسيد التنجستان/أكسيد الفانديوم بزموث علي إمتصاصه للضوء المرئي بواسطة جهاز مقياس الأشعة فوق البنفسجية. و عليه تم دراسة تقنية الكرونوأمبيروميتري و الينير إسويب فولتاميتري للتركيبة المختلطة أعلاه وتبين أن هذا الأنود ثابتة ضد التآكل الضوئي، و أن الإستجابة للضوء المرئي تضاعف مع زيادة درجة حرارة التصليب وسجل أعلي إستجابة عند ) 0.109 ملي أمبير/سم 2 .)

English Abstract

In this work we report hybrid synthesis of hetero-structured metal oxide nanoarrays namely ZnO/Ga2O3 and WO3/BiVO4 on desirable substrates for photoelectrochemical (PEC) water splitting under visible light. These hetero-nanostructured arrays were synthesized and fabricated by hybrid two-steps, physical approach and hydrothermal methods. Hetero-structured ZnO/Ga2O3 was synthesized and fabricated on indium oxide tin oxide (ITO) substrate from alkaline (pH = ~13) aqueous solution containing ZnO and Ga2O3 individually. XRD analysis revealed that the fabrication of ZnO/Ga2O3 hetero-structured. FESEM characterization showed the formation of well-aligned nanorods arrays along with hexagonal shape on the entire surface of the ITO substrate. Optical properties confirmed the ability of ZnO/Ga2O3 thin film for harvesting visible light efficiently. Furthermore the photoelectrochemical properties was investigated under visible light with chronoamperometry (CA) and linear sweep voltammetry potentiostatic (LSVP) techniques. The photoresponse increased with increasing Ga2O3 amount and reached the peak value 0.60 mA/cm2 with coating of thin layer of gold due to surface plasmon resonance of gold nanoparticles. xvii In addition WO3/BiVO4 hybrid metal oxide nanoflakes was synthesized and fabricated on (ITO) substrate from strong acidic (pH = ~1) aqueous solution containing WO3 and BiVO4 separately. XRD pattern showed the formation of WO3/BiVO4 hetero-structured metal oxide. FESEM analysis revealed the growth of nanoflakes. UV – VIS analysis explored the possibility of visible light harvesting of WO3/BiVO4 thin film. CA and LSVP were investigated for WO3/BiVO4 photoanode and illustrated the stability of thin film versus photo-corrosion and response enhanced with increasing annealing temperature. The peak value was 0.109 mA/cm2 for WO3/BiVO4 thin film.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Qurashi, Ahsan Ulhaq
Committee Members:	Ullah, Nisar and Al-Bitar, Abdul-Rahman
Depositing User:	AKRAM ABDALLA MOHAMMED IBRAHIM (g201305430)
Date Deposited:	18 May 2016 05:01
Last Modified:	01 Nov 2019 16:33
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139952