Hegzagonal WO3 nano parçacılarının PEG Destekli Hidrotermal Sentezi

Üstün yarı iletken özelliklere sahip olan tungsten oksit ($WO_3$) elektrokromik cihazlarda, gaz sensörlerinde ve fotokatalitik uygulamalarda ile dikkat çekmektedir. Gelecekteki kullanım alanları için kontrollü morfoloji ve kristal yapıya sahip parçacık, levha, tel, çubuk, tüp ve küre olmak üzere $WO_3$ nano yapısının hazırlanması önemlidir. Kristal yapısı ve boyutunun, spesifik gözenek alanı, gözenek hacmi ve parçacık boyut dağılımı $WO_3$’ün kimyasal aktivitesi üzerine önemli etkiye sahip olduğu bilinmektedir. Sonuç olarak, iyi kontrol edilmiş bir morfolojide ve kristal yapıda sentezlenebilmesi için üretim koşullarının etkilerinin sistematik olarak araştırılması gerekmektedir. Bu çalışmada, hegzagonal $WO_3$ nano boyutlu parçacıklar, substrat içeriğinin ağırlık oranı ve poli etilen glikol (MA:1500, PEG-1500) yüzey aktif kimyasalının eklenmesi ile kontrollü bir hidrotermal yöntem ile sentezlenmiştir. $N_2$ sorpsiyon, partikül morfolojisi ve kristal yapı özellikleri ile tanımlanan $WO_3$ örneklerinin karakteristiği; hacimsel yüzey analizi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını kırınımı (XRD) ile incelenmiştir. $WO_3$örnekleri iyi kontrol edilen koşullar altında 200 ${}^textdegree C$ ve 24 saat boyunca hidrotermal yöntem ile PEG-1500’ün ajan olarak eklenmesi veya eklenmemesi koşullarında üretildiği gösterilmiştir. Tungsten oksit nano yapılarının 63.02 nm kristal boyutu ile (002) ekseni boyunca büyüme gerçekleştiği belirlenmiştir. SEM analizi sonuçlarına göre çubuk yapısı yerine hegzagonal ve mezopor $WO_3$ nano partiküllerinin oluştuğu tespit edilmiştir. Bununla beraber son ürün $WO_3$ nano partiküllerini hidrojen gazı altındaki en etkili indirgenme sıcaklıkları sıcaklık programlı indirme (TPR) analizi ile incelenmiştir. İndirgenme sonrası elde edilen nano boyutlu metalik tungsten (W) özellikleri ise XRD ve SEM teknikleri ile araştırılmıştır.

PEG Assisted Hydrothermal Synthesis of Hexagonal $WO_3$ Nanoparticles

Tungsten oxide ($WO_3$) displays superior semiconductor properties which renders it attractive for utilization in the electrochromicdevices, gas sensors and photocatalytic applications. Preparation of $WO_3$ nanostructures including particles, plates, wires, rods, tubeand spheres with controlled morphology and crystal structure for the future application is gaining attention. It has been known thatcrystal structure and size, specific surface area, pore volume and particle size distribution of $WO_3$ have a significant effect on chemicalactivity. As a result, it is necessary to investigate systematically the effects of preparing conditions in synthesis of well-controlledmorphology and crystal structure. In the present study, hexagonal WO3 nano sized powders have been synthesized via hydrothermalmethod by controlling the weight ratio of substrate and addition of poly ethylene glycol (MW: 1500, PEG-1500) as surfactant agent.The characterization of $WO_3$ samples is complemented with $N_2$sorption, particle morphology and crystalline properties are investigatedby volumetric surface analysis, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). It has been shown that $WO_3$ samplescan be achieved by adding or not PEG-1500 as the agent in hydrothermal process at 200 °C for 24 h under well controlled conditions.The growth direction of the tungsten oxide nanostructures is determined along (002) axis with 63.02 nm crystal size. SEM analysesresults indicate that by addition of PEG-1500, hexagonal and mesoporous nanoparticles of $WO_3$ are formed instead of rods. Moreover,most effective reduction temperatures of the final $WO_3$ nano particles under hydrogen gas have been studied by using temperatureprogrammed reduction (TPR). Characteristics of nano-sized metallic tungsten (W) obtained after the reduction process are investigatedby XRD and SEM techniques.

___

  • Abe, R., Takami, H., Murakami, N., & Ohtani, B. (2008). Pristine simple oxides as visible light driven photocatalysts: highly efficient decomposition of organic compounds over platinum-loaded tungsten oxide. Journal of the American Chemical Society, 130(25), 7780-7781.
  • Ahmadi, M., Younesi, R., & Guinel, M. J. (2014). Synthesis of tungsten oxide nanoparticles using a hydrothermal method at ambient pressure. Journal of Materials Research, 29(13), 1424-1430.
  • Boudiba, A., Zhang, C., Umek, P., Bittencourt, C., Snyders, R., Olivier, M. G., & Debliquy, M. (2013). Sensitive and rapid hydrogen sensors based on Pd–WO3 thick films with different morphologies. International journal of hydrogen energy, 38(5), 2565-2577.
  • Chen, Z., & Gao, L. (2007). Synthesis and magnetic properties of CoFe2O4 nanoparticles by using PEG as surfactant additive. Materials Science and Engineering: B, 141(1-2), 82-86.
  • Díaz, M. A., Pinzón, C. V., & Méndez, I. R. (2009). WO3 thin films by sol–gel: structural and morphological properties. Engineering, 13(3), 29-38.
  • Feng, Y., Zhang, M., Guo, M., & Wang, X. (2010). Studies on the PEG-assisted hydrothermal synthesis and growth mechanism of ZnO microrod and mesoporous microsphere arrays on the substrate. Crystal growth & design, 10(4), 1500-1507.
  • Ghoreishi, K. B., Yarmo, M. A., Nordin, N. M., & Samsudin, M. W. (2013). Enhanced Catalyst Activity of Using Polypyrrole as Support for Acidic Esterification of Glycerol with Acetic Acid. Journal of Chemistry, 2013.
  • Gu, Z., Zhai, T., Gao, B., Sheng, X., Wang, Y., Fu, H., Ma, Y., & Yao, J. (2006). Controllable assembly of WO3 nanorods/nanowires into hierarchical nanostructures. The Journal of Physical Chemistry B, 110(47), 23829-23836.
  • Hernandez-Uresti, D. B., Sánchez-Martínez, D., Martínez-De La Cruz, A., Sepúlveda-Guzmán, S., & Torres-Martínez, L. M. (2014). Characterization and photocatalytic properties of hexagonal and monoclinic WO3 prepared via microwave-assisted hydrothermal synthesis. Ceramics International, 40(3), 4767-4775.
  • Huirache-Acuña, R., Paraguay-Delgado, F., Albiter, M. A., Lara-Romero, J., & Martínez-Sánchez, R. (2009). Synthesis and characterization of WO3 nanostructures prepared by an aged-hydrothermal method. Materials characterization, 60(9), 932-937.
  • Keyson, D., Volanti, D. P., Cavalcante, L. S., Simões, A. Z., Varela, J. A., & Longo, E. (2008). CuO urchin-nanostructures synthesized from a domestic hydrothermal microwave method. Materials Research Bulletin, 43(3), 771-775.
  • Li, X., Cao, X., Wang, W., Yang, Y., & Rao, G. (2006). Preparation and characterization of WO3 from ammonium paratungstate via hydrothermal method. Frontiers of Chemistry in China, 1(4), 389-392.
  • Liu, X., Su, X., Yang, C., & Ma, K. (2019). Hydrothermal Synthesis of WO3.0.33H2O Nanorod Bundles as a Highly Sensitive Cyclohexene Sensor. Sensors, 19(5), 1257.
  • Li, Y. B., Bando, Y., Golberg, D., & Kurashima, K. (2003). WO3 nanorods/nanobelts synthesized via physical vapor deposition process. Chemical Physics Letters, 367(1-2), 214-218.
  • Lu, C. H., Hon, M. H., Kuan, C. Y., & Leu, C. (2014). Preparation of WO3 nanorods by a hydrothermal method for electrochromic device. Japanese Journal of Applied Physics, 53(6S), 06JG08.
  • Lu, X., Liu, X., Zhang, W., Wang, C., & Wei, Y. (2006). Large-scale synthesis of tungsten oxide nanofibers by electrospinning. Journal of colloid and interface science, 298(2), 996-999.
  • Martínez, D. S., Martínez-De La Cruz, A., & Cuéllar, E. L. (2011). Photocatalytic properties of WO3 nanoparticles obtained by precipitation in presence of urea as complexing agent. Applied Catalysis A: General, 398(1-2), 179-186.
  • Meda, L., Breitkopf, R. C., Haas, T. E., & Kirss, R. U. (2002). Investigation of electrochromic properties of nanocrystalline tungsten oxide thin film. Thin Solid Films, 402(1-2), 126-130.
  • Mwakikunga, B. W., Sideras‐Haddad, E., Forbes, A., & Arendse, C. (2008). Raman spectroscopy of WO3 nano‐wires and thermo‐ chromism study of VO2 belts produced by ultrasonic spray and laser pyrolysis techniques. physica status solidi (a), 205(1), 150- 154.
  • Nogueira, H. I., Cavaleiro, A. M., Rocha, J., Trindade, T., & de Jesus, J. D. P. (2004). Synthesis and characterization of tungsten trioxide powders prepared from tungstic acids. Materials Research Bulletin, 39(4-5), 683-693.
  • Peng, T., Ke, D., Xiao, J., Wang, L., Hu, J., & Zan, L. (2012). Hexagonal phase WO3 nanorods: Hydrothermal preparation, formation mechanism and its photocatalytic O2 production under visible-light irradiation. Journal of Solid State Chemistry, 194, 250-256.
  • Qu, W., & Wlodarski, W. (2000). A thin-film sensing element for ozone, humidity and temperature. Sensors and Actuators B: Chemical, 64(1-3), 42-48.
  • Sánchez-Martínez, D., Martínez-De La Cruz, A., & López-Cuéllar, E. (2013). Synthesis of WO3 nanoparticles by citric acid-assisted precipitation and evaluation of their photocatalytic properties. Materials Research Bulletin, 48(2), 691-697.
  • Shi, X., Li, M., Yang, H., Chen, S., Yuan, L., Zhang, K., & Sun, J. (2007). PEG-300 assisted hydrothermal synthesis of 4ZnO· B2O3· H2O nanorods. Materials Research Bulletin, 42(9), 1649-1656.
  • Su, X., Xiao, F., Li, Y., Jian, J., Sun, Q., & Wang, J. (2010). Synthesis of uniform WO3 square nanoplates via an organic acid-assisted hydrothermal process. Materials Letters, 64(10), 1232-1234.
  • Therese, H. A., Li, J., Kolb, U., & Tremel, W. (2005). Facile large scale synthesis of WS2 nanotubes from WO3 nanorods prepared by a hydrothermal route. Solid State Sciences, 7(1), 67-72.
  • Wang, J., Khoo, E., Lee, P. S., & Ma, J. (2009). Controlled synthesis of WO3 nanorods and their electrochromic properties in H2SO4 electrolyte. The Journal of Physical Chemistry C, 113(22), 9655-9658.
  • Wu, X., Wang, W., Li, F., Khaimanov, S., Tsidaeva, N., & Lahoubi, M. (2016). PEG-assisted hydrothermal synthesis of CoFe2O4 nanoparticles with enhanced selective adsorption properties for different dyes. Applied Surface Science, 389, 1003-1011.
  • Zhang, J., Wang, X. L., Xia, X. H., Gu, C. D., & Tu, J. P. (2011). Electrochromic behavior of WO3 nanotree films prepared by hydrothermal oxidation. Solar Energy Materials and Solar Cells, 95(8), 2107-2112.
  • Zheng, F., Zhang, M., & Guo, M. (2013). Controllable preparation of WO3 nanorod arrays by hydrothermal method. Thin Solid Films, 534, 45-53.
Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Osman Sağdıç
Sayıdaki Diğer Makaleler

Dünyanın En İyi Varış Noktası Türk Mutfağına Biyokimyasal Bakış: Bazı Geleneksel Yemekler ve B Vitamini Kompozisyonları

Mustafa YAMAN, Büşra YUSUFOĞLU, Emine KARAKUŞ, Kübra ÖZKAN

Potansiyometrik Raktopamin Seçici Elektrot Geliştirilmesi ve Uygulaması

Gülşah SAYDAN KANBEROĞLU

Mikrofiltrasyon için elektrolif çekim yöntemi ile üretilmiş PVDF nanolifli membranlar: Gözenek boyutu ve kalınlığının membran performansına etkisi

Çiğdem AKDUMAN

Experimental Comparison of PbO and BaO Addition Effect on Gamma Ray Shielding Performance of Epoxy Polymer

Mehmet KILIÇ, Yaşar KARABUL, Zeynep GÜVEN ÖZDEMİR, Yaren ERGİN

Fiziksel Değişimlerin Li-ion Batarya Üzerine Etkilerinin İncelenmesi

Ömer Cihan KIVANÇ

$Al_2O_3$/Spirulina Platensis Destekli Co Katalizörü Varlığında Sodyum Borhidrürün Metanolizinden Hidrojen Üretiminin İncelenmesi

Mesut BEKİROĞULLARI, Mustafa KAYA

Temel Bileşen Analizi Yöntemleri Kullanarak Parkinson Hastalığının Otomatik Teşhisi

Şule YÜCELBAŞ, Cüneyt YÜCELBAŞ

Kayseri Ekolojik Koşullarında Farklı Ekim Zamanlarının Nohut (Cicer arietinum L.) Bitkisinde Verim, Verim Unsurları ve Kalite Üzerine Etkileri

Satı UZUN, Mücahid Yusuf İslam ERCAN, Hamdi ÖZAKTAN

The Effect of Microbial Fertilization and Phosphorus Doses on the Chlorophyll Content of Sesame (Sesamum indicum L.)

Eray TÜLÜKÇÜ, Karim Tahirou Dan BANA

Kestane/Gürgen Talaşı Dolgulu Vinilester Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

İlyas KARTAL, Gülşah NAYCI, Halil DEMİRER