# Fileset

[10.22075_chem.2025.35113.2300.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/ac18d09a-b2da-4c7a-b4d5-549c071dbc74/download)

## Creator

Majid Ghanimati, Mohsen Lashgari, Fabio Montagnaro, Marco Balsamo, [Masaki Takeguchi](https://orcid.org/0000-0002-0282-6020)

## Rights

[Creative Commons BY-SA Attribution-ShareAlike 4.0 International](https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)

## Other metadata

[Targeted Synthesis of Adsorptive Nanocomposite Photocatalyst for Conversion of Dangerous H2S Gas to Clean Fuel](https://mdr.nims.go.jp/datasets/9b5404ea-d3c2-442a-8ea8-5bc712fb27b2)

## Fulltext

* .Corresponding author: Assistant Professor of Physical Chemistry. E-mail address: m.ghanimaty@iasbs.ac.ir * .Corresponding author: Professor of Physical Chemistry. E-mail address: lashgari@iasbs.ac.ir How to cite this article: Ghanimati, M., Lashgri, M., Montagnaro, F., Balsamo, M. & Takeguchi, M. (2025). Targeted synthesis of adsorptive nanocomposite photocatalyst for conversion of dangerous H2S gas to clean fuel. Applied Chemistry Today, 20(74), 69-86. (in Persian)   Applied Chemistry Today 20(74) (2025) 69-86     Semnan University Applied Chemistry Today  Journal homepage: https://chemistry.semnan.ac.ir/ ISSN: 2981-2437  Research Article Targeted synthesis of adsorptive nanocomposite photocatalyst for conversion of dangerous H2S gas to clean fuel Majid Ghanimatia,*, Mohsen Lashgaria,* , Fabio Montagnarob, Marco Balsamob, Masaki Takeguchic aDepartment of Chemistry, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS), Zanjan 45137-66731, Iran bDepartment of Chemical Sciences, University of Naples Federico II, Complesso Universitario di Monte Sant’Angelo, Napoli 80126, Italy cResrach Center for Energy and Environmental Materials, National Institute for Materials Science , 1-2-1 Sengen, Tsukuba, Ibaraki 305-0047, Japan  PAPER INFO Article history: Received: 26/Aug/2024 Revised: 19/Jan/2025 Accepted: 23/Jan/2025 Keywords:  Hydrogen sulfide; Adsorptive photocatalyst; Hydrogen production; Semiconducting nanocomposite; Hydrothermal reduction; Cobalt manganite; Reduced graphene oxide. ABSTRACT Hydrogen sulfide (H2S), a major issue in the sour oil and gas industries, is a highly corrosive and toxic gas produced on a large scale in these industries. Photocatalytic degradation of H2S with the aim of producing fuel is a novel and sustainable approach to solving the problem, supplying clean hydrogen fuel and eliminating this dangerous environmental pollutant. In this photon-based green strategy, the targeted design and easy synthesis of semiconducting energy materials are crucial from an applied standpoint. In this research, without consuming an external reducing agent, the adsorbing rGO/CoMn₂O₄ nanocomposite was synthesized through a one-pot hydrothermal route and employed to effectively produce hydrogen gas via photocatalytic splitting of an alkaline H₂S solution. XRD, FTIR, and Raman analyses showed that graphene oxide (GO) is reduced during the hydrothermal process without the need for a reducing additive. High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) investigations confirmed the attachment of the constituent particles of the composite. Bisulfide sorption studies revealed that the nanocomposite photocatalyst has a high capacity for adsorbing the reactant species (13.97 wt.%). BET, UV-Vis, and PL spectroscopic analyses showed that the presence of rGO in the nanocomposite increases the surface area of the photocatalyst, and by enhancing photon absorption and reducing electron-hole recombination, more hydrogen is generated. The rate of hydrogen release was 5217 μmol H2gcat.h, indicating the good performance of the synthesized nanocomposite photocatalyst for pollutant removal and conversion into clean fuel.  DOI: https://doi.org/10.22075/chem.2025.35113.2300 © 2025 Semnan University. This is an open access article under the CC-BY-SA 4.0 license.(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/) https://chemistry.semnan.ac.ir/https://portal.issn.org/resource/ISSN/2981-2437https://orcid.org/0000-0001-6576-494Xhttps://doi.org/10.22075/chem.2025.35113.2300https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ 1404 بهار 74، شماره بيستمسال                                                                                               مجله شيمي کاربردي روز                            70  مقاله علمی پژوهشیبه  S2Hگاز خطرناک  لیتبد یجاذب برا یتینانوکامپوز ستیسنتز هدفمند فوتوکاتال سوخت پاک 3ماساکی تاکگوچی، 2مومارکو بالسا، 2فابیو مونتاگنارو، 1،*، محسن لشگری1،*مجید غنیمتی 45137-66731 :پستی کد، دانشکده شیمیدانشگاه تحصیلات تکمیلی علوم پایه زنجان، 1 80126 :پستی کد دانشکده علوم شیمیایی،، (، ناپولی)ایتالیا IIفدریکو  زپلیدانشگاه ن2 305-0047: پستی کد ،محیطیمرکز پژوهش انرژی و مواد زیست ،(تسوکوباژاپن، ؛ NIMS) مواد مملی عل انستیتو3 چکيده  مقاله اطلاعات 05/06/1403: دریافت مقاله 30/10/1403بازنگری مقاله:  04/11/1403پذیرش مقاله: است که در  ه سمیالعادفوقو معضل اصلی صنایع نفت و گاز ترش، یک گاز خورنده هیدروژن سولفید،  با هدف تولید سوخت، یک رویکرد  S2Hتخریب فوتوکاتالیستی  .شودمقیاس وسیع در این صنایع تولید میمحیطی ی خطرناک زیستجدید و پایدار برای رفع مشکل، تامین سوخت پاک هیدروژن و حذف این آلایندهاز دیدگاه  رسانامواد نیمانرژی آسانمبتنی بر فوتون، طراحی هدفمند و سنتز  سبز راهبرددر این است. ی شیمیایی خارجی، نانوکامپوزیت ن مصرف نمودن کاهندهدر این پژوهش، بدو .کاربردی حائز اهمیت استسنتز و برای تولید موثر گاز ای به روش هیدروترمال و بصورت تک مرحله 4O2rGO/CoMnجاذب و  XRD ،FTIRاستفاده شد. آنالیزهای  S2Hهیدروژن از طریق شکافت فوتوکاتالیستی محلول قلیایی -بررسییابد. کاهنده حین فرایند هیدروترمال کاهش می افزودننشان داد گرافین اکسید بدون نیاز به رامان برقراری اتصال بین ذرات سازنده کامپوزیت  (HRTEMهای میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح بالا )پوزیتی از ظرفیت بالای سولفید مشخص نمود فوتوکاتالیست نانوکامرا مورد تایید قرار داد. مطالعات جذب بی PLمرئی و -سنجی فرابنفش، طیفBET( برخوردار است. آنالیزهای درصد وزنی 97/13جذب واکنشگر )در نانوکامپوزیت، سطح فوتوکاتالیست را افزایش داده و با تقویت جذب فوتون و  rGOنشان داد حضور  5217شود. سرعت آزادسازی هیدروژن حفره، هیدروژن بیشتری تولید می-کاهش بازترکیب الکترونکه بیانگر عملکرد خوب فوتوکاتالیست نانوکامپوزیتی میکرومول بر ساعت بر گرم فوتوکاتالیست بدست آمد  برای حذف آلاینده و تولید سوخت است.DOI: https://doi.org/10.22075/chem.2025.35113.2300   کلیدی: کلمات ،هیدروژن سولفید ،فوتوکاتالیست جاذب ،یدروژنتولید ه ،رسانانانوکامپوزیت نیم ،منگنایت کبالت کاهش هیدروترمال، .اکسید کاهیده گرافینThis is an open access article under the CC-BY-SA 4.0 license.( https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)  مقدمه -1کربن و حفاظت از یکی از اهداف مهم جوامع رسیدن به توسعه پایدار بوده و جهت نیل به این هدف توجه به منابع انرژی کم[. روند فعلی 1پیشرفت و توسعه پایدار کشورها است ]ترین عوامل رود. انرژی یکی از مهمشمار میهمحیط زیست از اصول مهم برو نموده است. راهکار علمی و همصرف انرژی در جهان، بشر را با دو بحران بزرگ آلودگی محیط زیست و اتمام منابع انرژی روبعنوان منبعی عظیم، هخورشید بهای نو، . در میان انرژیه از منابع انرژی تجدیدپذیر استعملی برای مقابله با این بحران استفادپاک و تجدیدپذیر توجهات زیادی را بخود جلب نموده است. تولید هیدروژن از طریق شکافت فوتوکاتالیستی منابع هیدروژنی با https://doi.org/10.22075/chem.2025.35113.2300https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ غنيمتي و همکاران                                                             ...                   گاز لیتبد يجاذب برا يتینانوکامپوز ستيسنتز هدفمند فوتوکاتال71  مندی از منبع رایگان و عظیم انرژیترین و موثرترین راهکارها جهت بهرهرسانا و نور خورشید یکی از مهماستفاده از مواد نیمیه آب، از لحاظ . شکافت هیدروژن سولفید در مقایسه با تجزاست S2H ،ترین منابع هیدروژنیاز مهم یکی [.4-2خورشید است ]صرفه بوده و از نقطه نظر زیست محیطی نیز این فرایند حائز اهمیت است چرا که ضمن حذف یک آلاینده اقتصادی مقرون بهتولید هیدروژن نیازمند طراحی  و S2H[. فوتوتبدیل 6-5شود ]هیدروژنی تولید میزیست محیطی سمی و مخرب، سوخت پاک های موثر است. در این ارتباط توجه به معیارهایی نظیر استفاده از مواد ارزان، فراوان و دوستدار و ساخت هدفمند فوتوکاتالیست، مساحت سطح بالا، توانایی جذب خوب فوتون و محیط زیست جهت ساخت ترکیبات فوتوکاتالیستی کارآمد با بازترکیب پایینصرفه، آسان ههای ردوکس مورد نظر( با استفاده از روش سنتزی مقرون بگر، و سطوح انرژی مناسب )جهت انجام واکنشواکنشسطح های فوتوکاتالیستی هتروژن جذب واکنشگر بر که در واکنشیی[. از آنجا7و با قابلیت افزایش مقیاس ضروری است ]بایستی در ی جذب سطحی موضوع مهمی است که میرود توجه به توانایشمار میهفوتوکاتالیست یکی از مراحل مهم واکنش بهای ، مسمومیت کاتالیست(هتروژنناهمگن )های [. لازم بذکر است در کاتالیست9-8طراحی و سنتز فوتوکاتالیست لحاظ شود ]های عملیاتی این ترکیبات بازیافت جاذب و حذف جذب شونده از جمله محدودیت های قوی واکنشگر، مشکلاتسنتی در جذبسنتی و بازآرایی  هایمشکل مسمومیت کاتالیستهای جاذب واکنشگر بدلیل نداشتن که فوتوکاتالیستروند حال آنبشمار میکبالت  رساناهای پرکاربرد و مطرحز نیمفوتوکاتالیست حین انجام فرایند فوتوتبدیل دارای برتری در این زمینه هستند. یکی اکنش قوی با ترکیبات های کبالت و منگنز( دارای برهمرسانا )کاتیونبوده که اجزای سازنده این نیم( 4O2CoMnمنگنایت ) این ترکیب دیگر از جمله مزایای[. 7و  10] باشدذب خوب هیدروژن سولفید اج رود این ترکیب نیزسولفیدی هستند و انتظار میتوان به قیمت پایین، غیر سمی بودن، نوار هدایت/ظرفیت با پتانسیل مناسب، شکاف نواری باریک و کارایی می pرسانای نوع نیمدلیل بازترکیب بالای با این حال فعالیت فوتوکاتالیستی و بازده این ترکیب به[. 11ها، اشاره کرد ]خوب در فوتوتخریب آلاینده[. ساخت ترکیبات نانوکامپوزیتی از این فوتوکاتالیست 12های فوتوتولید شده )جدایش ضعیف بار( پایین است ]حفره-الکترونبا  [.13] فوتوکاتالیست را افزایش دهد بازده ،گذار دیگربا بهبود معیارهای تاثیرکاهش بازترکیب الکترون/حفره  تواند ضمنمیهای جاذب کارآمد تواند بعنوان ترکیب پایه در سنتز هدفمند فوتوکاتالیسترسانا میتوجه به موارد بیان شده این نیمتواند به ساخت و معرفی انتخاب هوشمندانه و هدفمند جز دیگر کامپوزیتی مینانوکامپوزیتی مورد استفاده قرار گیرد. افین اکسید کاهیده در ساخت استفاده از گردهد فوتوکاتالیست نانوکامپوزیتی کارآمد منجر شود. مطالعه متون نشان میهای اخیر در این راستا در سال شده است.روش فوتوکاتالیستی های مختلف موجب افزایش میزان تولید هیدروژن بهکامپوزیتسنتز شده و برای تولید  rGO3MoO@و  rGO-Ru ،rGO-2TiO–Co ،CN-d-rGOچون ترکیبات کامپوزیتی همهای اکسید کاهیده با توجه به ویژگی گرافین اساس نتایج این مطالعات[. بر 17-14هیدروژن مورد استفاده قرار گرفته است ]اضافه  باشد. از ترکیب پایه کبالت منگنایت کامپوزیتینانوتواند انتخاب مناسبی برای ساخت فوتوکاتالیست منحصر بفرد می 1404 بهار 74، شماره بيستمسال                                                                                               مجله شيمي کاربردي روز                            72 از طریق افزایش مساحت سطح فوتوکاتالیست و در نتیجه افزایش میزان تواند میاکسید کاهیده به فوتوکاتالیست  گرافیننمودن را عملکرد آنحفره -جذب سطحی واکنشگرها، افزایش جذب فوتون، تسهیل فرایند انتقال بار و کمک به جدایش بهتر الکترون 4O2rGO/CoMn[. در کار حاضر بر اساس مطالب بیان شده ترکیب نانوکامپوزیتی مزو متخلخل جاذب 91-81]افزایش دهد  کبالت منگنایتاکسید و  گرافینروش سبز و آسان بدون استفاده از کاهنده شیمیایی از های ببصورت تک مرحلهبا کارایی بالا  . مورد استفاده قرار گرفت S2Hسنتز شد و برای تولید هیدروژن از طریق فوتوتخریب محلول حاوی گاز خطرناک  بخش تجربی -2 سنتز فوتوکاتاليست -2-1( با کمی تغییرات بر اساس Modified Hummer’s) هامر( استفاده شده در این کار به روش اصلاح شده GOاکسید ) گرافین[. 7استفاده شد ] از روش هیدروترمال /4O2CoMnrGOو  4O2CoMn ترکیباتبرای سنتز [. 20سنتز شد ]گزارشات قبلی مول کبالت نیترات میلی 5میلی لیتر محلول حاوی  50بتدا ا بدین منظور برای سنتز ترکیب کبالت منگنایت(Co(NO3)2. 6H2O % نیترات )مول منگنز میلی 10( و 98ساخت شرکت فلوکا با درجه خلوصMn(NO3)2. 4H2O  ساختمولار تا رسیدن  1زدن قطره قطره محلول سدیم هیدروکسید تهیه شد سپس همراه با هم( 98شرکت فلوکا با درجه خلوص % 8 ی سلسیوس به مدتدرجه 160به آن اضافه شد. در ادامه مخلوط بدست آمده به اتوکلاو منتقل شده و در دمای pH =11به مدت ی سلسیوس بهدرجه 70د. در پایان رسوب بدست آمده پس از چند بار شستشو با آب مقطر در دمای ساعت گرما داده شای و به روش مشابه بصورت تک مرحلهاکسید احیا شده،  گرافینساخت ترکیب نانوکامپوزیتی حاوی ساعت خشک شد.  12درصد وزنی  2اکسید ) گرافیناکسید انجام شد. بدین منظور مقدار مناسب از  گرافینبدون استفاده از کاهنده خارجی در حضور به مخلوط  سپس گردید، (دیسپرسپراکنده )میلی لیتر محلول آبی به مدت نیم ساعت توسط حمام امواج صوتی  50[( در 21]سنتز کامپوزیت به شکل شرح داده شده در  افزوده ونیترات  منگنزمول میلی 10و نیترات  کبالتمول میلی 5، بدست آمده قسمت قبل انجام شد.  یابي فوتوکاتاليستهاي خصيصهروش -2-2  αCukآوری پراش پرتو ایکس توسط دستگاه فیلیپس با پرتو سنتز شده با استفاده از فن یهافوتوکاتالیستساختار بلورشناسی (Å λ= 1.5تعیین گردید )سنج با استفاده از دستگاه طیف در این کارمرئی بازتاب نفوذی  -. طیف فرابنفشVarian Cary5e  BELSORB)کلوین توسط دستگاه  77سنجی در دمای های جذب و واجذب نیتروژن و آزمایشات تخلخلثبت شد. منحنیmax-BEL) سنج فلوئورسانسدستگاه طیفرساناها با استفاده از انجام شد. میزان نشر )بازترکیب( نیمCary Eclipse   طول(های سنتز شده نانومتر( مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین مورفولوژی و ساختار میکروسکوپی فوتوکاتالیست 350موج تحریک  غنيمتي و همکاران                                                             ...                   گاز لیتبد يجاذب برا يتینانوکامپوز ستيسنتز هدفمند فوتوکاتال73 -طیفو مادون قرمز  سنجیمطالعات طیف ( بررسی شد.HRTEM; Tecnai F30) عبوریروسکوپ الکترونی با استفاده از میکسنج رامان و طیف (FTIR, Bruker Vector-22) سنج مادون قرمزطیف های با استفاده از دستگاهبه ترتیب  های رامان(Raman Takram P50C0R10 با منبع تابش لیزر با طول موج )های سنتزی در توانایی فوتوکاتالیست .نانومتر انجام شد 532  .[22] مورد بررسی قرار گرفت SC-144DRگیری کربن/سولفور سولفید با استفاده از دستگاه اندازهجذب بی هيدروژن سولفيد و توليد هيدروژنتخریب فوتو -2-3و  5/2لیتر؛ قطر درونی میلی 50درون سل دو جداره دست ساز )حجم مشابه با کارهای قبلی گزارش شده تخریب فوتو  واکنشالف ملاحظه  1)شکل  متر مربع انجام شدمیلی وات بر سانتی 100شدت متر( تحت تابش لامپ زنون با سانتی 8/3قطر خارجی گرم فوتوکاتالیست پودری بود که  2/0( حاوی pH=11بهینه ) pHبا  S2H. محلول واکنش، محلول قلیایی اشباع شده از شود(خاطر هیدروژن سولفید به حین فرایند توسط همزن مغناطیسی بصورت معلق درون محیط قرار داشت. برای تهیه محلول اشباع ازکه نمایش شماتیک آن در  و واکنش در محل آهن سولفید و هیدروکلریک اسید غلیظ استفاده شد 1مسائل ایمنی از مولد کیپ [. 23گیری شد ]سنجی در هر ده دقیقه یکبار اندازه[. مقدار هیدروژن آزاد شده به روش حجم5] ب آورده شده است 1شکل   )ب(. دتهیه گاز هیدروژن سولفیکار رفته برای به مولد کیپنمایش شماتیک از واکنشگاه نوری مورد استغاده برای تولید هیدروژن )الف( و  -1شکل  1 Kipp generator  1404 بهار 74، شماره بيستمسال                                                                                               مجله شيمي کاربردي روز                            74  بحث و نتیجه گیری-3 یابي فوتوکاتاليستخصيصه -3-1 الف 2شکل در  اکسید کاهیده گرافینحاوی  و ترکیب نانوکامپوزیتی ، گرافین اکسیدس کبالت منگنایتالگوی پراش پرتو ایکهای گزارش شده راشپ و  .00JCPDS No-001-6121رفرنس  با 4O2CoMn برایهای مشاهده شده راشپ آورده شده است.بررسی الگوی پراش پرتو ایکس . [7و  10] است این ترکیببرای  اسپینلی ساختار دهندهمطابقت داشته که نشانمقالات  دردر حین فرایند سنتز،  4O2CoMnهای مربوط به ترکیب دهد علاوه بر وجود پراشنشان می rGOترکیب نانوکامپوزیتی حاوی شود درجه مشاهده می 5/42و  5/26در حوالی  درجه( ناپدید شده و در عوض دو پراش 5/12اکسید ) گرافینمشخصه  پراش است. در کنار 4O2rGO/CoMnای ترکیب [ که این امر گواهی بر سنتز تک مرحله24و  20است ] rGOمشخصه  که پراشاکسید  گرافینو رامان استفاده شد ) FT-IR هایاکسید از تکنیک گرافینبرای اثبات سنتز و کاهش هیدروترمال  XRD آنالیزمورد استفاده جهت سنتز ترکیب نانوکامپوزیتی بدون افزودن عوامل کاهنده خارجی تحت شرایط سنتز هیدروترمال قرار گرفت (. نمودارهای مادون قرمز تبدیل فوریه ترکیب نانوکامپوزیتی سنتز شده در کار سپس آنالیزهای مذکور بر روی آن انجام شدهیدروترمال(، شدت پیکهای  )حین فرایند GOدر اثر کاهش دهد این شکل نشان می .آورده شده است ب 2 حاضر در شکلرا حین فرایند هیدروترمال مورد  rGOبه  GOکاهش یافته و این امر تبدیل  C-O و O-H ،C=Oهای عاملی مربوط به گروه rGO، در طیف رامان ترکیب GOمربوط به  Gو  Dدهد دو نوار ج( نشان می 2طیف رامان )شکل  [.26-25دهد ]تایید قرار میاکسید حین فرایند سنتز  گرافیناندکی جابجایی به سمت اعداد موجی کوچکتر داشته که این امر تایید مجددی بر کاهش  [.27هیدروترمال است ]  غنيمتي و همکاران                                                             ...                   گاز لیتبد يجاذب برا يتینانوکامپوز ستيسنتز هدفمند فوتوکاتال75     .rGOو  GOرامان )ج( )ب( و  IRهای طیف )الف(، سنتز شده یفوتوکاتالیستترکیبات  (XRD) ایکسپرتو الگوی پراش  -2شکل روش هیدروترمال، ترکیب هدهد حین فرایند سنتز فوتوکاتالیست کامپوزیتی بنشان می رامان و XRD ،IRکه شواهد  طوریهمانGO  بهrGO توان گفت شود. در خصوص مکانیسم فرایند تبدیل میتبدیل میrGO های در واقع ترکیب حاصل از خروج اتمشود. انجام فرایند زدایی معمولا بصورت ناکامل/جزئی انجام میاست که در آن فرایند اکسیژن GOی مادهاکسیژن از پیش زدایی پروتون/هیدروکسید کاتالیستی بوده که در آن آب فوق اکسیژن زدایی تحت شرایط هیدروترمال در واقع یک فرایند آب .[92-82نماید ]و مولد پروتون/هیدروکسید عمل می 2گرم/بحرانی در نقش یک محیط کاهنده ملایم 2 Mild super-heated/critical reducing medium  1404 بهار 74، شماره بيستمسال                                                                                               مجله شيمي کاربردي روز                            76 طیف سنجی اشعه ایکس بر اساس تفکیک انرژی ها همچنین توسط آنالیز حضور اجزای فوتوکاتالیستی و عناصر سازنده آن(EDS/EDX) آورده شده است 3شکل که نتایج حاصل از آن در  مورد تایید قرار گرفت .   .گرافن اکسید کاهیده/کبالت منگنایت نانوکامپوزیتی ( فوتوکاتالیستEDSایکس بر اساس تفکیک انرژی ) نمودار طیف سنجی اشعه -3شکل سنتز  4O2CoMn/rGOترکیب نانوکامپوزیتی  و GOr، 4O2CoMnترکیبات  (EMT) عبوریالکترونی  تصاویر میکروسکوپ( الف 4)شکل  کاهیدهاکسید  گرافین شودمشاهده میطور که در این شکل ورده شده است. همانآ 4شکل در  هاشده از آنکبالت منگنایت ترکیب  و ساختاری متشکل از نانوصفحات مسطح بوده که به صورت لایه لایه بر روی هم قرار گرفته استدارای  سنتز شده دهد ترکیب نانوکامپوزیتینشان می )ج( 4 شکل .تشکیل شده است ذراتنانو ری( از یکسب 4سنتز شده )شکل (4O2CoMn rGO/ )از متشکل هیبریدی ساختار دارای مورفولوژی و ( اجزای سازندهrGO  4وO2CoMn) برقراری  بوده و . ستا خوبی مشهودهدر آن ب کبالت منگنایتذرات ی و نانوگرافیننانوصفحات بین  اتصال غنيمتي و همکاران                                                             ...                   گاز لیتبد يجاذب برا يتینانوکامپوز ستيسنتز هدفمند فوتوکاتال77  اکسید کاهیده، ب(  گرافینالف(  روش هیدروترمالسنتز شده به های( نمونهHRTEM) با وضوح بالا عبوریصاویر میکروسکوپ الکترونی ت -4شکل  اکسید کاهیده/کبالت منگنایت. گرافینکبالت منگنایت و ج( نانوکامپوزیت سنجی انجام شد که نتایج آن در شکل و تخلخل BETهای سنتزی، مطالعات برای تعیین مساحت سطح و تخلخل فوتوکاتالیستقطر حفرات فوتوکاتالیست لوپ تأخیری مشاهده شده در نمودارهای همدمای جذب/واجذب و آورده شده است.  1جدول و  5[. 23] یبات سنتزی بصورت مزومتخلخل هستندترک کهبیانگر آنستقرار گرفته است  نانومتر 50تا  2 یدر محدودهکه سنتزی شود. علاوه بر برابر می 3 سطح بیش ازمساحت  rGOاضافه شدن و نشان داد با تشکیل کامپوزیت  1 های جدولهمچنین دادههای برخوردار باشد. بررسینیز مساحت سطح بالا، شایان ذکر است یک فوتوکاتالیست کارامد باید از توانایی خوب جذب واکنشگر ترکیبات فوتوکاتالیستی از توانایی خوب این ( نشان داد که 1جدول خر سولفید توسط فوتوکاتالیست )ستون آظرفیت جذب بی)الف(  )ب(    )ج(    1404 بهار 74، شماره بيستمسال                                                                                               مجله شيمي کاربردي روز                            78 سولفید به یابد. بیشترین جذب بیسولفید( برخوردار بوده و با تشکیل کامپوزیت این توانایی افزایش میجذب واکنشگر )بی باشد. بیشترین مساحت سطح می( مربوط است که دارای 4O2rGO/CoMnاکسید کاهیده ) گرافینترکیب نانوکامپوزیتی حاوی    .4O2CoMn/rGO )ب( و 4O2CoMn )الف( های جذب/واجذبهمدما -5شکل  های سنتز شده.سولفید فوتوکاتالیستو توانایی جذب بی BETآنالیز  نتایج .1جدول  سولفیدظرفیت جذب بی مساحت سطح میانگین قطر حفرات فوتوکاتالیست(nm) )1-g2m( (wt. %) 4O2CoMn 17 06/11 86/12 4O2CoMnrGO/ 14 04/44 97/13 در کنار مساحت سطح بزرگ و جذب خوب واکنشگر، یک فوتوکاتالیست مطلوب برای داشتن بازده خوب باید از توانایی جذب آورده شده الف  6شکل های سنتز شده در کار حاضر در فوتوکاتالیستمرئی -طیف فرابنفشبالای فوتون نیز برخوردار باشد .دارای جذب خوب در ناحیه فرابنفش و مرئی بوده و با  4O2CoMnشود ترکیب طور که در این شکل مشاهده میاست. همان  .یابدشدت جذب در ناحیه وسیع )فرابنفش و مرئی( افزایش می rGOتشکیل کامپوزیت و افزودن جذب قوی فوتون در بخش وسیع از طیف نور فرودی، مساحت سطح بالا، جذب خوب واکنشگر و هزینه پایین و سنتز  علاوه بر-بایستی لحاظ گردد، باز ترکیب پایین الکترونآسان، یکی دیگر از فاکتورهای مهمی که در سنتز هدفمند یک فوتوکاتالیست میطور که در [. همان30]( ب 6شکل مشاهده نمود )نشر فوتولومینسانس  بصورت کاهش درتوان حفره است که این موضوع را میهای پیکبیشترین میزان نشر فوتولومینسانس )بالاترین میزان بازترکیب( را دارد.  4O2CoMnشود ترکیب این شکل مشاهده میهای نشر شناخته شده برای این ترکیب گزارش عنوان پیکهنانومتر ب 465، 453، 450، 416، 400نشر مشاهده شده در حوالی فرایند جدایش بار بهبود یافته  4O2CoMn/rGOو ساخت ترکیب نانوکامپوزیتی  اکسید گرافین[. با افزودن 10و  31]شده است  غنيمتي و همکاران                                                             ...                   گاز لیتبد يجاذب برا يتینانوکامپوز ستيسنتز هدفمند فوتوکاتال79 جذب قوی فوتون در بخش وسیع چون ی همدر کنار عوامل تواندکه این امر می یابد.و میزان نشر به مقدار قابل توجهی کاهش می  [.7] فزایش بازده فوتوکاتالیستی گرددباعث ااز طیف نور فرودی، مساحت سطح بالا و جذب خوب واکنشگر    سنتز شده در کار حاضر.( 4O2rGO/CoMnو  4O2CoMn) هایفوتوکاتالیست )ب( فوتولومینسانسمرئی )الف( و -فرابنفش هایطیف -6شکل  و توليد هيدروژن فوتوکاتاليست در فوتو تبدیل هيدروژن سولفيدعملکرد  -3-2، با هیدروژن سولفیدتوان گفت حین فرایند فوتوتخریب محلول حاوی میه هیدروژن ب S2H تبدیلفوتو در ارتباط با مکانیسمpHگونه غالب در) سولفید، فرایند اکسایش بی(1رابطه ؛ SC) رسانانیمحفره در اثر تابش فوتون به -تشکیل زوج الکترون =سولفید بر روی سطح فوتوکاتالیست رخ داده که در اثر آن گاز هیدروژن و آنیون دی (3)رابطه  و کاهش پروتون (2رابطه  ؛ 11 نمایش داده شده است.  7[؛ این موضوع بصورت شماتیک در شکل 7و  5گردد ]تشکیل می 1404 بهار 74، شماره بيستمسال                                                                                               مجله شيمي کاربردي روز                            80  (1) hν + SC → e− + h+   (2) 2HS− + 2h+ → 2H+ + S22−  (3) 2H+ + 2eCB− → H2 ↑   و تولید هیدروژن با استفاده از فوتوکاتالیست نانوکامپوزیتی. S2H فوتوتخریبمکانیسم نمایش شماتیک  -7شکل آورده  8شکل های سنتزی در با استفاده از فوتوکاتالیست S2H محیط حاوی فوتوتخریبروژن آزاد شده از واکنش میزان هیدتوانایی فوتوشکافت محیط حاوی هیدروژن سولفید را  سنتز شدهترکیب هر دو دهد شکل نشان میطور که این شده است. همانای افزایش نانو کامپوزیتی بطور قابل ملاحظهاکسید و سنتز ترکیب  گرافیندر اثر افزودن  سرعت آزادسازی هیدروژن. استدارا افزایش مساحت سطح  از طریق تواناکسید احیا شده را می گرافینه شدن اضافبهبود توانایی فوتوکاتالیست در اثر  یابد.می 4O2rGO/CoMnترکیب  .توجیه نمود حفره-الکترونکاهش فرایند بازترکیب  ومیزان جذب فوتون فوتوکاتالیست، افزایش  بیشتری ایجاد کند حفره-های الکترونزوجهای بیشتری را جذب کرده و فوتون ،تواند ضمن جذب میزان بالایی از واکنشگرمیمیزان هیدروژن بالاتری تولید  های ردوکسها در واکنشاستفاده موثر از آنهای فوتوتولید شده و بین این زوجو با بهبود جدایش   .[7] دنمای غنيمتي و همکاران                                                             ...                   گاز لیتبد يجاذب برا يتینانوکامپوز ستيسنتز هدفمند فوتوکاتال81  در حضور ( pH=11گرم فوتوکاتالیست و  2/0)به ازای  S2Hمحلول قلیایی اشباع از  فوتوتخریب آزادسازی هیدروژن از طریقمیزان  -8شکل  .سنتزی هایفوتوکاتالیستاثر میزان گرافین اکسید بکار رفته برای سنتز ترکیب نانوکامپوزیتی در بازده فوتوکالیستی تولید هیدروژن در مقادیر بالاتر و بالاترین میزان تولید درصد وزنی( بررسی شد. نتایج این بررسی نشان داد که  2تر از میزان بهینه گزارش شده در مقالات )پایان (. 9شود )شکل درصد وزنی گرافین اکسید حاصل می 2هیدروژن برای ترکیب نانوکامپوزیتی حاوی  آزادسازی هیدروژن از طریق فوتوتخریب گرافین اکسید بکار رفته برای سنتز ترکیب نانوکامپوزیتی )برحسب درصد وزنی( در میزان  مقدارتاثیر  -9شکل  .دقیقه کار فوتوراکتور ثبت شده است( 90ها پس از ادهد) S2Hمحلول قلیایی اشباع از تر قابل استفاده باشد. آزمایشات پایداری برای ترکیب های زمانی طولانیکه یک فوتوکاتالیست کارآمد لازم است در بازهییجااز آنساعت کار  9این شکل نشان داد پس از سه چرخه متوالی سه ساعته ) (. بررسی10انجام شد )شکل  rGOنانوکامپوزیتی حاوی 10152025303540Volumle (ml)1%                               2%                                 3% 1404 بهار 74، شماره بيستمسال                                                                                               مجله شيمي کاربردي روز                            82 یابد که این موضوع نشانگر قابل بازیافت ( توانایی فوتوکاتالیست برای تولید هیدروژن به میزان ناچیزی کاهش میواکنشگاه نوری .و مقاوم بودن فوتوکاتالیست است  )آزمایشات  سه چرخه متوالی سه ساعته طی( /4O2CoMnrGO)فوتوکاتالیست نانوکامپوزیتی حجم گاز هیدروژن تولید شده به ازای یک گرم  -10شکل  .پایداری( نتیجه گیری -4هیدروترمال و آسان به روش  ،استفاده از مواد ارزان و دوستدار محیط زیست بر اساس با طراحی هدفمندحاضر  در پژوهشبرای  فوتوکاتالیستی سنتز شده و این ترکیب 4O2CoMn/rGO مقاوم جاذب کارآمد ترکیب نانوکامپوزیتی ایتک مرحله بصورتو  XRD ،IRهای آنالیزهیدروژن مورد استفاده قرار گرفت. سوخت سبز و تولید  S2H فوتوتخریب گاز خطرناک انجام فرایندتصاویر  شود.اکسید طی فرایند سنتز هیدروترمال بدون استفاده از کاهنده خارجی انجام می گرافین ،کاهشنشان داد رامان HRTEM  .اکسید و سنتز ترکیب  گرافینافزودن برقراری اتصال بین اجزای سازنده کامپوزیت را مورد تایید قرار دادو توانایی جذب فوتون، و کاهش  سولفیدب بی، ظرفیت جذبا افزایش مساحت سطحاکسید احیا شده  گرافیننانوکامپوزیتی حاوی بازترکیب همراه بوده و به میزان قابل توجهی توانایی فوتوکاتالیست برای تولید فوتوکاتالیتیکی هیدروژن از محلول قلیایی ساعت کار بعد از یک  هاکسید کاهید گرافینحاوی میزان تولید هیدروژن برای نانوکامپوزیت  د.دا را بهبود هیدروژن سولفید بدست آمد.میکرومول  5217فوتوراکتور به ازای یک گرم فوتوکاتالیست  و تشکر ریتقد -5 تحقیقات و فناوری انجام شده است. وزارت علوم المللیهای علمی بینمرکز مطالعات و همکاریاین پروژه با حمایت مالی  غنيمتي و همکاران                                                             ...                   گاز لیتبد يجاذب برا يتینانوکامپوز ستيسنتز هدفمند فوتوکاتال83  منابع و ماخذ -6[1] Ostergaard, P. A., Duic, N., Noorollahi, Y., & Kalogirou, S. (2022). Renewable energy for sustainable development. Renewable energy, 199, 1145-1152. [2] Falcone, P. M., Hiete, M., & Sapio, A. (2021). Hydrogen economy and sustainable development goals: Review and policy insights. Current opinion in green and sustainable chemistry, 31, 100506. [3] Razi, F., & Dincer, I. (2020). A critical evaluation of potential routes of solar hydrogen production for sustainable development. Journal of Cleaner Production, 264, 121582. [4] Vijayarengan, P., Panchangam, S. C., Stephen, A., Bernatsha, G., Murali, G. K., Loka, S. S., & Ravindran, G. (2024). Highly efficient visible light active iron oxide-based photocatalysts for both hydrogen production and dye degradation. Scientific Reports, 14(1), 18299. [5] Lashgari, M., & Ghanimati, M. (2018). Photocatalytic degradation of H2S aqueous media using sulfide nanostructured solid-solution solar-energy-materials to produce hydrogen fuel. Journal of hazardous materials, 345, 10-17. [6] Nailwal, B. C., Salvi, J., Chotalia, P., Goswami, N., Muhmood, L., Kar, S., & Adak, A. K. (2024). Enhanced H2S decomposition using membrane reactor. International Journal of Hydrogen Energy, 70, 251-261. [7] Ghanimati, M., Lashgari, M., Diego-Lopez, A., Bosca, F., & Marin, M. L. (2024). Highly effective CNT-based magnetic pn-junction nanocomposite photocatalyst/solar-energy material for hazmat conversion to hydrogen fuel. Composites Part B: Engineering, 276, 111367. [8] Zaera, F. (2002). Outstanding mechanistic questions in heterogeneous catalysis. The Journal of Physical Chemistry B, 106(16), 4043-4052.  [9] Bernard, P., Stelmachowski, P., Broś, P., Makowski, W., & Kotarba, A. (2021). Demonstration of the influence of specific surface area on reaction rate in heterogeneous catalysis. Journal of chemical education, 98(3), 935-940. [10] Ghanimati, M., Lashgari, M., Oulego, P., Giannakis, S, (2025). MWCNT-based environmental nanocomposite photocatalyst and magnetic activity promotion to produce hydrogen fuel using H2S. Journal of Environmental Chemical Engineering, 13, 115636. [11] Liu, L., Zuo, L., Li, R., Xi, T., Fan, H., Li, B., & Wang, L. (2023). Novel CoMn2O4-ZnIn2S4 hollow heterostructure cage for efficient photocatalytic hydrogen evolution. Applied Surface Science, 635, 157646. [12] Misra, M., Chowdhury, S. R., & Singh, N. (2020). TiO2@ Au@ CoMn2O4 core–shell nanorods for photo‒electrochemical and photocatalytic activity for decomposition of toxic organic compounds and photo reduction of Cr6+ ion. Journal of Alloys and Compounds, 824, 153861.  1404 بهار 74، شماره بيستمسال                                                                                               مجله شيمي کاربردي روز                            84 [13] Lashgari, M., & Ghanimati, M. (2019). An excellent heterojunction nanocomposite solar-energy material for photocatalytic transformation of hydrogen sulfide pollutant to hydrogen fuel and elemental sulfur: a mechanistic insight. Journal of colloid and interface science, 555, 187-194. [14] Pinzón, M., Avilés-García, O., De la Osa, A. R., de Lucas-Consuegra, A., Sánchez, P. & Romero, A., (2022). New catalysts based on reduced graphene oxide for hydrogen production from ammonia decomposition. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 25, 100615. [15] Moustafa, H. M., Velisoju, V. K., Mohamed, H. O., Obaid, M., Kolubah, P. D., Yao, X., Ghaffour, N. & Castaño, P., (2023). Co–TiO2 supported on reduced graphene oxide as a highly active and stable photocatalyst for hydrogen generation. Fuel, 338, 127232. [16] Rahman, M. Z., Maity, P., Mohammed, O. F. & Gascon, J., (2022). Insight into the role of reduced graphene oxide in enhancing photocatalytic hydrogen evolution in disordered carbon nitride. Physical Chemistry Chemical Physics, 24, 11213-11221. [17] Kangutkar, R. S., Walko, P., K, A., Manjanna, J. & Devi, R. N., (2024). Environment friendly synthesis of reduced graphene oxide from spent lithium-ion battery graphite and its nanocomposite with MoO3 nanorods for photocatalytic hydrogen evolution. Energy & Fuels, 38, 22376–22392. [18] Ghanimati, M., Lashgari, M., Masaki Takeguchi, M., Montagnaro, F., Balsamo, M., (2025). Highly adsorptive/effective rGO/pn-junction nanocomposite to generate hydrogen fuel using H2S: Rational photocatalyst design and magnetic boosting. International Journal of Hydrogen Energy, 105, 1217-1229. [19] Han, G. S., Song, Y. H., Jin, Y. U., Lee, J. W., Park, N. G., Kang, B. K., & Jung, H. S. (2015). Reduced graphene oxide/mesoporous TiO2 nanocomposite based perovskite solar cells. ACS applied materials & interfaces, 7(42), 23521-23526. [20] Jo, J., Lee, S., Gim, J., Song, J., Kim, S., Mathew, V., & Kim, J. (2019). Facile synthesis of reduced graphene oxide by modified Hummer's method as anode material for Li-, Na-and K-ion secondary batteries. Royal Society open science, 6(4), 181978. [21] Zhang, P., Liu, H., & Li, X. (2021). Plasmon-driven engineering in bimetallic CuCo combined with reduced graphene oxide for photocatalytic overall water splitting. Applied Surface Science, 559, 149865. [22] Balsamo, M., Cimino, S., De Falco, G., Erto, A., & Lisi, L. (2016). ZnO-CuO supported on activated carbon for H2S removal at room temperature. Chemical Engineering Journal, 304, 399-407. [23] Lashgari, M., & Ghanimati, M. (2015). A highly efficient nanostructured quinary photocatalyst for hydrogen production. International Journal of Energy Research, 39(4), 516-523. [24] Wang, Y., Hu, G., Cao, Y., Peng, Z., & Du, K. (2021). One-pot synthesis of pre-reduced graphene oxide for efficient production of high-quality reduced graphene oxide and its lithium storage application. Materials Chemistry and Physics, 265, 124523.  غنيمتي و همکاران                                                             ...                   گاز لیتبد يجاذب برا يتینانوکامپوز ستيسنتز هدفمند فوتوکاتال85 [25] do Nascimento, J. R., D’Oliveira, M. R., Veiga, A. G., Chagas, C. A., & Schmal, M. (2020). Synthesis of reduced graphene oxide as a support for nano copper and palladium/copper catalysts for selective NO reduction by CO. ACS omega, 5(40), 25568-25581. [26] Kumar, A., Sadanandhan, A. M., & Jain, S. L. (2019). Silver doped reduced graphene oxide as a promising plasmonic photocatalyst for oxidative coupling of benzylamines under visible light irradiation. New Journal of Chemistry, 43(23), 9116-9122. [27] Saranya, P. E., & Selladurai, S. (2018). Efficient electrochemical performance of ZnMn2O4 nanoparticles with rGO nanosheets for electrodes in supercapacitor applications. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 29, 3326-3339. [28] Zhou, Y., Bao, Q., Tang, L. A. L., Zhong, Y., & Loh, K. P. (2009). Hydrothermal dehydration for the “green” reduction of exfoliated graphene oxide to graphene and demonstration of tunable optical limiting properties. Chemistry of Materials, 21(13), 2950-2956. [29] Akiya, N., & Savage, P. E. (2002). Roles of water for chemical reactions in high-temperature water. Chemical reviews, 102(8), 2725-2750. [30] Lashgari, M., & Ghanimati, M. (2019). A new efficient eco-friendly quaternary solid-solution nanoenergy material for photocatalytic hydrogen fuel production from H2S aqueous feed. Chemical Engineering Journal, 358, 153-159. [31] Zhang, L., Yang, C., Xie, Z., & Wang, X. (2018). Cobalt manganese spinel as an effective cocatalyst for photocatalytic water oxidation. Applied Catalysis B: Environmental, 224, 886-894.