Chemistry Researches

Chemistry Researches

الکتروسنتز نانولولههای تیتانیوم دیاکسید با استفاده از محلولهای الکترولیت حاوی دیهیدروکسی الکلها: از دیدگاه تجربی و شبیهسازی دینامیک مولکولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه شیراز
2 گروه شیمی فیزیک- بخش شیمی- دانشگاه شیراز
10.22036/cr.2023.411951.1221
چکیده
در این مطالعه، برای رسیدن به درک بهتر از سنتز نانولولههای تیتانیوم دیاکسید با استفاده از روش آندی کردن
الکتروشیمیایی، محلولهای الکترولیت مبتنی بر دیهیدروکسی الکلهای اتیلن گلیکول و دیاتیلن گلیکول در حضور نمک سدیم فلورید 
مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این راستا، دو محلول الکترولیت مختلف برای اکسایش آندی فویل تیتانیوم استفاده شده که نسبت 
درصد حجمی آب به حالل آلی در آنها 10 به 90 و مقدار نمک 0/3 درصد وزنی تنظیم شده است. سنتز نانولولهها تحت شرایط یکسان 
با ولتاژ 60 ولت و در دمای اتاق بهمدت 3 ساعت انجام گرفته است. طبق این مطالعات مشاهده کردیم که سرعت رشد نانولولههای 
تیتانیوم دیاکسید توسط محلول مبتنی بر دیاتیلن گلیکول بر خالف اتیلن گلیکول کند بوده و الیههای اکسیدی شکل گرفته ضخامت 
کمی داشتند. در حالیکه در محلول مبتنی بر اتیلن گلیکول بهترتیب آرایه منظم نانولولهها با طول حدود 4 میکرومتر تشکیل شدند؛ 
جالب توجه است که این محلول الکترولیت گرانروی کمتری نسبت به محلول الکترولیت بر پایه دیاتیلن گلیکول نشان داده که بهطور 
ویژه بر فرایند آندی کردن تاثیر گذاشته است. عالوه بر این، ما یک مطالعه دقیق در مورد آرایش ساختاری اجزای محلول الکترولیت در 
نزدیکی سطوح جامد الکترودها برای آشکار کردن عوامل حاکم بر تفاوت توزیع گونههای یونی در محلول با استفاده از روشهای شبیهسازی
دینامیک مولکولی انجام دادهایم. این مطالعات نشان میدهند که دینامیک اجزای محلول بهویژه آنیون فلورید و برهمکنش گونههای یونی
با دیوارههای آند تیتانیوم دیاکسید تأثیر قابل توجهی بر روی نانولولههای حاصل دارد.

چکیده تصویری

الکتروسنتز نانولولههای تیتانیوم دیاکسید با استفاده از محلولهای الکترولیت حاوی دیهیدروکسی الکلها: از دیدگاه تجربی و شبیهسازی دینامیک مولکولی
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Electrosynthesis of Titanium Dioxide Nanotubes Using Electrolyte Solutions Containing Dihydroxy Alcohols

نویسندگان English

Bita Raheb 1
Maryam Heydari Dokoohaki 1
Amin Reza Zolghadr 2
1 Shiraz University
2 Department of Chemistry, Shiraz University, Shiraz 71946-84795, Iran
چکیده English

In this paper, to better understand the synthesis of titanium dioxide nanotubes using the electrochemical anodization method, electrolyte solutions based on dihydroxy alcohols of ethylene glycol and diethylene glycol in the presence of sodium fluoride, were evaluated. In this regard, two different electrolyte solutions were used for the oxidation of the titanium foil anode, in which the volume percentage ratio of water to organic solvent was 10:90, and the amount of salt was set at 0.3% by weight. All anodizations for synthesizing nanotubes were carried out at room temperature for 3 hours under a constant applied voltage of 60 volts. According to these studies, we observed that the growth rate of titania nanotubes by solutions based on diethylene glycol was slow, unlike ethylene glycol, and the formed oxide layers had a small thickness. While in the solutions based on ethylene glycol in the presence of sodium fluoride, a regular array of nanotubes with a length of about 4 micrometers were formed, respectively. It is interesting to note that these electrolyte solutions showed a lower viscosity than the electrolyte solutions based on diethylene glycol, which especially affected the anodizing process. In addition, we conducted a detailed study on the structural arrangement of electrolyte solution components near solid surfaces to reveal the factors governing the difference in the distribution of ionic species in solution using molecular dynamics simulations.

کلیدواژه‌ها English

Anadization
Diethylene Glycol
Ethylene Glycol
Sodium Floride
  1. [1] M. Abdullah, S.K. Kamarudin, Renew. Sust. Energ. Rev., 76 (2017) 212–225.

    [2] M. L . Puga, J. Venturini, C. S. ten Caten, C. P. Bergmann, Ceram. Int., 48 (2022) 19513-19526.

    [3] T. M. David, P. R. Dev, P. Wilson, P. Sagayaraj, T. Mathews, Electrochem. Sci. Technol., 2 (2022)

    e202100083.

    [4] Y. Feng, H. H. Rijnaarts, D. Yntema, Z. Gong, D. D. Dionysiou, Z. Cao, S. Miao, Y. Chen, Y. Ye, Y. Wang,

    Water Res., 186 (2020) 116327.

    [5] V. Galstyan, J. M. Macak, T. Djenizian, Appl. Mater. Today, 29 (2022) 101613.

    [6] Chen, C.K. Ostrom, A. Chen. Int. J. Hydrog., 38 (2013) 14002-14009.

    [7] O. Zakir, A. Ait-Karra, R. Idouhli, M. Khadiri, B. Dikici, A. Aityoub, A. Abouelfida, A. Outzourhit, J.

    Solid State Electrochem., (2023) 1-19.

    [8] Faraji, P. Najafi Moghadam, R. Hasanzadeh. J. Chem. Eng., 304 (2016) 841–851.

    [9] M. M. Zhang, J. Y. Chen, H. Li, C. R. Wang, Rare Met., 40 (2021) 249-271. 

    [10] T. Li, S. Luo, Y. Luo, L. Yang. Mater. Lett., 180 (2016) 130–134. 

    [11] C. Zhang, B. Xie, Y. Zou, D. Zhu, L. Lei, D. Zhao, H. Nie, Prog. Mater. Sci., 132 (2018) 724–803. 

    [12] K. Indira, K. Indira, U.K. Mudali, T. Nishimura, N. Rajendran. J. Bio- Tribo-Corros., 1 (2015) 1–22. 

    [13] J. Park, A. Cimpean, A. B. Tesler, A. Mazare, Nanomaterials, 11 (2021) 2359.

    [14] Y. Xu, G. Zangari, Coatings, 11 (2021) 931. 

    [15] S. Palmas, L. Mais, M. Mascia, A. Vacca, Curr. Opin. Electrochem., 28 (2021) 100699.

    [16] K. Wang, H. Jin, Q. Song, J. Huo, J. Zhang, P. Li, Drug Deliv. Transl., 11 (2021) 1456-1474.

    [17] X. Hou, K. Aitola, P. D. Lund, Energy Sci. Eng., 9 (2021) 921-937.

    [18] S. Reghunath, D. Pinheiro, S. D. KR, Appl. Surf. Sci. Adv., 3 (2021) 100063.

    [19] A. Pancielejko, P. Mazierski, W. Lisowski, A. Zaleska-Medynska, K. Kosek, J. Łuczak, ACS

    Sustainable Chem. Eng., 6 (2018) 14510–14522. 

    [20] Y. Fu, A. Mo, Nanoscale Res. Lett., 13 (2018) 1-21.

    [21] M. Heydari Dokoohaki, F. Mohammadpour, A.R. Zolghadr, Phys. Chem. Chem. Phys., 22 (2020) 22719-22727. 

    [22] D. Kim, F. Schmidt-Stein, R. Hahn, P. Schmuki, Electrochem. commun., 10 (2008) 1082–1086.

    [23] V. Zwilling, M. Aucouturier, E. Darque-Ceretti, Electrochim. Acta, 45 (1999) 921–929.

    [24] M. Jankulovska, T. Lana-Villarreal, R. Gómez, Electrochem. commun., 12 (2010) 1356–1359.

    [25] K. Srimuangmak, S. Niyomwas, Energy Procedia, 9 (2011) 435–439.

    [26] H. Wender, A.F. Feil, L.B. Diaz, C.S. Ribeiro, G.J. Machado, P. Migowski, D.E. Weibel, J. Dupont, S.R.

    Teixeira, ACS Appl. Mater. Interfaces, 3 (2011) 1359-1365.

    [27] H. Li, L. Cao, W. Liu, G. Su, B. Dong, Ceram. Int., 38 (2012) 5791–5797.

    [28] F. Mohammadpour, F. Behzadi, M. Moradi, Mater. Lett., 150 (2015) 81–83.

    [29] S. Shirazi-Fard, F. Mohammadpour, A. R. Zolghadr, A. Klein, J. Phys. Chem. B, 125 (2021) 5549

    1.  

    [30] R. Khodabandeh, F. Mohammadpour, A. R. Zolghadr, A. Klein, New J. Chem., 44 (2020) 16602

    1.  

    [31] D. Kowalski, D. Kowalski, J. Mallet, S. Thomas, J. Rysz, B. Bercu, J. Michel, M. Molinari, Electrochim.

    Acta, 204 (2016) 287–293.

    [32] D. Niu, A. Han, H. Cheng, S. Ma, M. Tian, L. Liu, Chem. Phys. Lett., 735 (2019) 136776.

    [33] Pronk, S. Páll, R. Schulz, P. Larsson, P. Bjelkmar, R. Apostolov, M.R. Shirts, J.C. Smith, P.M. Kasson, D.

    van der Spoel, B. Hess, E. Lindahl, Bioinformatics, 29 (2013) 845–854.

    [34] T. Darden, D. York, L. Pedersen, J. Chem. Phys., 98 (1993) 10089–10092.

    [35] M. Frisch et al. Gaussian 09 Package. Gaussian. Inc.: Wallingford, CT, USA, (2009).

    [36] C.M. Breneman, K.B. Wiberg, J. Comput. Chem., 11 (1990) 361–373.

  • تاریخ دریافت 30 مرداد 1402
  • تاریخ بازنگری 16 مهر 1402
  • تاریخ پذیرش 26 مهر 1402