مشخصات

عنوان: سنتز ترکیبات نانوحفره کربنی و استفاده از آنها در اصلاح خواص الکتریکی گوگرد به منظور ساخت نیمه هادی

گروه تخصصی:  فنی و مهندسی

سازمان مجری:  پژوهشکده توسعه صنایع شیمیایی 

گروه پژوهشی: صنایع شیمیایی معدنی

پژوهشگران: 
بهرامی آده نرمین (مسئول طرح)
محمدی نورعلی (مسئول طرح)
خرمجاه فاطمه (همکار طرح)

تاریخ خاتمه:  اردیبهشت 1394

کارفرما: 

خروجی طرح: 
 
تلفن: 4702533-4702488-4705836-0261

نشانی سازمان مجری: کرج، کیلومتر 15اتوبان قزوین، سه راهی سوپا، بلوار کاوش، مجتمع تحقیقاتی جهاد دانشگاهی، صندوق پست
 

چکیده:

انجمن شیمی محض و کاربردی (آیوپاک) ترکیبات نانوحفره را به سه دسته اصلی میکروپور، مزوپور، ماکروپور با اندازه حفرات به ترتیب کوچکتر از 2 نانومتر، بین 5-20 نانومتر و بزرگتر از 50 نانومتر تقسیم بندی نموده است از این میان ترکیبات مزوپور کربنی با خواص فوق العاده ای مانند مساحت سطح بالا، ساختار منظم حفرات، حجم بالای حفرات، توزیع منظم اندازه حفرات، قابلیت تنظیم اندازه حفرات، هدایت الکتریکی و برهمکنش با مولکول های آلی کاربردهای زیادی در جذب، جداسازی، کاتالیز، دارورسانی و اندازه گیری مولکولهای بیولوژیکی دارا می باشد. مهمترین روش ها برای سنتز ترکیبات نانو حفره کربنی شامل قالبگیری سخت و قالب گیری نرم می باشد. روش قالب گیری سخت در سه مرحله شامل 1) تهیه قالب سیلیکاتی مزوپور 2) پرکردن قالب با پیش ماده کربنی و کربونیزاسیون تحت جو نیتروژن و 3) حذف قالب سیلیکاتی انجام می گیرد. روش قالب گیری نرم معمولا شامل دو مرحله 1) خودآرائی کوپلیمر و پیش ماده کربنی به شکل ساختار سه بعدی مزوفاز 2) کربونیزاسیون مزوفاز می باشد. بررسی منابع علمی نشان می دهد که مناسب ترین روش برای افزایش هدایت الکتریکی ترکیبات مزوپورکربنی، گرافیته کردن کاتالیستی می باشد. همچنین بررسی ها نشان داد که بهترین راهکار برای تهیه نانوکامپوزیت نانوحفره کربنی- گوگرد؛ ذوب گوگرد می باشد که با نیروی مویینگی، به طور کاملا موثری گوگرد را وارد حفرات ماده کربنی می نماید.
ترکیب نانوحفره کربنی گرافیتی مورد نظر با استفاده از ساکارز به عنوان پیش ماده کربنی و نیترات نیکل به عنوان کاتالیزور گرافیته کردن سنتز گردید. همچنین نانوکامپوزیت نانوحفره کربنی- گوگرد با روش ذوب گوگرد تهیه گردید. روش های متنوع و مختلفی مانند پراش اشعه ایکس، جذب- واجذب نیتروژن، آنالیز عنصری، ولتامتری چرخه ای و امپدانس الکتروشیمیایی برای ارزیابی ساختار ماده نانو حفره کربنی گرافیتی و نانوکامپوزیت های گوگردی استفاده گردید. نتایج بدست آمده نشان می دهد که هدایت الکتریکی ماده نانوحفره گرافیتی به طور قابل ملاحظه ای نسبت به ماده غیرگرافیتی افزایش پیدا کرده است. همچنین نتایج نشان می دهد که نانو کامپوزیت گوگرد- نانوحفره کربنی گرافیتی از هدایت الکتریکی بالاتری نسبت به گوگرد عنصری برخوردار می باشد
.



کلیدواژگان: گوگرد، ترکیبات نانوحفره، نیمه هادی، رفتار الکتروشیمیایی

 
 
Title: Synthesis of nanoporous carbon compounds and their use in modifying the electrical properties of sulfur for the construction of semiconductor (Ver. 3)

Abstract:

International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) classifies nanoporous materials into three categories - microporous with pores of less than 2 nm in diameter, mesoporous having pores between 2 and 50 nm, and macroporous with pores greater than 50 nm. Carbon mesoporous materials, with unique properties such as high surface high surface area, ordered pore structure, high pore volume, narrow pore size distribution, and tunable pore diameters, interaction with organic molecules and electrical conductivity widely used in adsorption, separation, catalysis, drug delivery and determination of biological molecules. The most used methods for synthesis of carbon mesoporous materials are hard & soft templating methods. In contrast, hard templating method includes 3 steps: 1) preparation of silicate template 2) filling of porosity of silicate template by a suitable carbon precursor and then carbonization in inert atmosphere and 3) removal of silicate template. While soft templating method requires 2 steps: 1) self-assembling of copolymer and carbon precursor as mesosphase structure and 2) carbonization of msophase. Searching the literature shows that catalytic graphitization is the most useful way for improving the electrical properties of carbon mesoporous materials. Also heat diffusion is the most applicable method for preparation of carbon-sulphur nanocomposite, by which the melted sulphur could be imbibed into the nanoporous carbon matrix by capillary force.
The desired nanoporous material was synthesized using sucrose and nickel nitrate as carbon precursor and graphitization catalyst respectively. The sulphur/graphitic nanoporous carbon composite was prepared by a facile heat-diffusion method. The prepared materials were characterized using nitrogen adsorption/desorption, wide X-ray diffraction, Scanning electron microscopy, cyclic voltammaetry and electrochemical impedance spectroscopy. The obtained results indicate that electrical conductivity of nanoporous carbon was improved. The obtained results also shows that prepared nanocomposite (graphitic nanoporous carbon- sulphur) has enhanced electrical conductivity in comparison with elemental sulphur.



Keyword(s): Sulphur, nanoporous materials, semiconductive, electrochemical properties