FABRICATION OF WO3-BASED NANOCOMPOSITE FOR SOLAR ENERGY-DRIVEN PHOTOCATALYSIS USING PULSED LASER ABLATION IN LIQUIDS TECHNIQUE

FABRICATION OF WO3-BASED NANOCOMPOSITE FOR SOLAR ENERGY-DRIVEN PHOTOCATALYSIS USING PULSED LASER ABLATION IN LIQUIDS TECHNIQUE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Yusuf_MS thesis_g201706170.pdf
Restricted to Repository staff only until 3 June 2021.

Download (2MB)

Arabic Abstract

تركز هذه الرسالة على تصنيع وتوصيف وتطبيق المحفزات الضوئية النانوية المستندة إلى الضوء WO3 المرتكزة على الضوء المرئي باستخدام الاجتثاث الليزري النبضي الأنيق والبسيط والفعال من حيث التكلفة والصديق للبيئة في تقنية السوائل. هناك أساسا ثلاث مراحل في هذا البحث. الأول ينطوي على التحكم في التشكل من WO3Nps من النانو إلى أوراق النانو والأزهار النانوية باستخدام اثنين من مجموعة الليزر المختلفة (مع وبدون التركيز) في طاقة الليزر المنخفضة والعالية. ركزت المرحلة الثانية على ترسيخ بمساعدة الليزر من WO3-NPs على أكسيد الجرافين المنخفض ، في حين تركزت المرحلة الثالثة على تخليق حفاز ضوئي هجين TiO2 / WO3 / g-C3N4 الثلاثي. يتبع تركيب المحفزات الضوئية (2D WO3 ، WO3-rGO TiO2 / WO3 / g-C3N4) التوصيف باستخدام تقنيات تحليلية مختلفة مثل التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية ، المجهر الإلكتروني المسح الضوئي (SEM) المجهز بنظام EDS ، اللمعان الضوئي ، X- التحليل الطيفي للأشعة السينية (XRD) ، التحليل الطيفي للأشعة السينية بالأشعة السينية (XPS) ، المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) وتحليل BET. تم تقييم نشاط التحفيز الضوئي الخاص بهم بشكل أكبر من خلال تدهور صبغة الميثيلين الزرقاء (MB) في الماء تحت إشعاع الضوء المرئي. في وجهة نظر التطبيق الحفازة للصور ، يُظهر WO3-rGO امتصاصًا للضوء مرئيًا بشكل أفضل وأقل توليفًا للشحن الناتج عن الصورة من WO3 النقي ، كما يتضح على التوالي من خلال الامتصاص البصري وأطياف التألق الضوئي. عززت هذه الميزات المحسنة في WO3-rGO بشكل كبير عملية إزالة التلوث الحفاز لصبغة الميثيلين الزرقاء (MB) في الماء ، مقارنة باستخدام WO3 النقي كحافز ضوئي. تدهور MB على المحفزات الهجين TiO2 / WO3 / g-C3N4 الثلاثية تحت إشعاع الضوء المرئي يدل على أن تحميل النظام الثنائي TiO2 / WO3 مع x-wt٪ من g-C3N4 الخالي من المعادن (x = 5 ، 10 ، 15 ، 20) الذي يعمل كوسيط بيني للفصل الصحيح للرسوم ونقلها من خلال تشكيل التباين والترابط z مع TiO2 و WO3 على التوالي ، عزز أداء التحفيز الضوئي بشكل ممتاز. يُظهر النظام الثلاثي TWG مع التحميل الأمثل بنسبة 15٪ g-C3N4 أعلى كفاءة لتحطيم الصورة باتجاه تحطيم صبغة MB تحت الضوء المرئي من مصباح زينون (300W). لا يظهر اختبار الثبات وقابلية إعادة الاستخدام للمحفِّزات الضوئية المُصنَّعة أي إلغاء تنشيط واضح حتى بعد أربعة عمليات من الاستخدام المتواصل مع خسارة واضحة تبلغ حوالي 4 -5٪.

English Abstract

This thesis is focused on the fabrication, characterization and application of visible-light-driven WO3-based nanocomposite photocatalysts using the elegant, simple, cost-effective and eco-friendly pulsed laser ablation in liquids technique. There are three stages in this research. The first one involves the morphology control of WO3-nanoparticles from nanosphere to nanosheets and nanoflowers using two different laser set-ups, with and without focusing. The second stage focused on the laser-assisted anchoring of WO3-nanoparticles on reduced-graphene oxide, while the third stage centered on the synthesis of mesoporous ternary TiO2/WO3/g-C3N4 hybrid photocatalyst. The synthesis of the photocatalysts (2D WO3, WO3-rGO and TiO2/WO3/g-C3N4) is followed by characterizations using different analytical techniques such as UV-vis spectroscopy, Scanning electron microscopy equipped with Energy-dispersive X-ray spectroscopy, Photoluminescence, X-ray diffraction spectroscopy, x-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy and Brunauer-Emmett-Teller surface area analysis. Their photocatalytic performance was further assessed by the degradation of methylene blue dye in water under visible light irradiation. In the photo-catalytic application point of view, WO3 after pulsed laser ablation and WO3-rGO shows better visible light absorption and less photo-generated charges recombination than pure WO3, as indicated respectively by optical absorption and photoluminescence spectra. These improved features in WO3-rGO significantly enhanced the photo-catalytic decontamination of methylene blue dye in the water, compared to the use of pure WO3 as a photocatalyst. The degradation of methylene blue over the ternary TiO2/WO3/g-C3N4 hybrid photocatalysts under visible light irradiation show that loading of TiO2/WO3 binary system with x-wt% (x=5, 10, 15, 20) of the first metal-free semiconductor, g-C3N4 which serves as an interfacial mediator for proper separation and transfer of charges through the formation of heterojunction and Z-scheme with TiO2 and WO3 respectively, excellently enhanced their photocatalytic performance. The ternary system of TiO2/WO3/g-C3N4 with optimal loading of 15% g-C3N4 shows the highest photo-degradation efficiency towards the degradation of MB-dye under the visible light from a xenon lamp (300W). The stability and reusability test of the as-synthesized TiO2/WO3/g-C3N4 photocatalysts shows no apparent deactivation even after four runs of continuous usage with an apparent loss of about 4 -5 %.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Physics
Divisions: College Of Sciences > Physics Dept
Committee Advisor: Mohammed, A. Gondal
Committee Members: Abdulaziz, H. M. Al-aswad and Muhammad, Baseer Haider
Depositing User: YUSUF IBRAHIM (g201706170)
Date Deposited: 03 Jun 2020 15:10
Last Modified: 03 Jun 2020 15:10
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141590