C, легированный ZnO: простой синтез, характеристика и фотокаталитическая деградация красителей

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 14173 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Наночастицы ZnO, легированные углеродом, были синтезированы путем термического разложения предшественника цитрата цинка. Прекурсор был синтезирован из полутвердой пасты, а затем подвергнут прокаливанию при 700 °C для получения наночастиц ZnO. Прекурсор и ZnO были охарактеризованы с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, УФ-видимых (УФ-видимых) спектров, просвечивающего электронного микроскопа, полевого эмиссионного сканирующего электронного микроскопа, энергодисперсионного рентгеновского анализа (EDAX), порошковой рентгеновской дифракции (XRD). ) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS). Результаты обеспечили формирование гексагональных наночастиц 2D-ZnO с толщиной слоя 25 нм. Была определена оптическая запрещенная зона ZnO, которая составила 2,9 эВ, что ниже объемной. Фотокаталитическая деградация красителя флуоресцеина как анионного красителя и родамина B как катионного красителя оценивалась с помощью НЧ C-ZnO под УФ-облучением. ZnO продемонстрировал 99%-ную деградацию красителя флуоресцеина через 240 минут и полную фотокаталитическую деградацию красителя родамина B через 120 минут под воздействием УФ-облучения.

Основной причиной чрезмерного загрязнения воды стали сбросы промышленных сточных вод, загрязненных органическими красителями, возникших в результате переработки тканей, фармацевтики, косметики и др.1. Воздействие красителей даже в небольшой концентрации может критически повлиять на качество воды водной среды2. Красители, такие как родамин B и метиленовый синий, являются небиоразлагаемыми, токсичными и опасными канцерогенными красителями3, 4. Флуоресцеин представляет собой высокофлуоресцентный краситель, который можно использовать для визуализации структуры материалов и отслеживания потока жидкостей и стабилен в широком диапазоне температур. pH и температурный режим5 . Небиоразлагаемые и устойчивые красители представляют собой большую проблему, поскольку они могут сохраняться в окружающей среде в течение длительных периодов времени, оказывая при этом множество негативных воздействий на окружающую среду6. Для эффективной очистки воды требуется несколько процессов, таких как адсорбция7, фильтрация8 и фотокатализ9. Фотокатализ считается экологически чистым и устойчивым методом удаления красителей из сточных вод10, 11. Фотокатализ является многообещающим подходом для будущих технологий, которые основаны на доступных возобновляемых источниках и недорогом естественном солнечном излучении12, 13. Дефекты наноструктур имеют решающее значение для определения свойства и характеристики наноструктур в целевых приложениях14. Без таких жестких параметров, как pH и температура, немногие фотокатализаторы оказывают эффективное воздействие на разложение как анионных, так и катионных красителей15, 16. Двумерные материалы представляют собой листовые наноматериалы, состоящие из тонких нескольких слоев толщиной в несколько нанометров17, 18. Наноматериалы Материалы с диаметром -диаметра привлекают все большее внимание к фотокаталитическим применениям по сравнению с другими морфологиями из-за их уникальной толщины и двойной экспонированной активной поверхности, а также своеобразного характера спектра электронной плотности состояния19. Фотокаталитические реакции зависят от индукции УФ-видимым светом, лежащим на поверхности полупроводника, такого как ZnO20. Это превосходный полупроводник n-типа с энергией запрещенной зоны (3,3 эВ). Он обладает такими уникальными характеристиками, как высокая фоточувствительность, хорошая физическая и химическая стабильность и высокая подвижность электронов17, 21, 22. ZnO обладает значительным потенциалом в качестве мощного антибактериального агента и высокий профиль безопасности, который может в конечном итоге заменить антибиотики23. Эти характерные свойства позволили ZnO стать многообещающим материалом для различных применений, таких как солнечные элементы, фотокатализ и газовый сенсор24. Легирование металлами25 и неметаллами (например, углеродом)26 оказывает значительное влияние на инженерию запрещенной зоны и фотокатализ. эффективность27, 28. Повышение фотокаталитической эффективности легированного углеродом ZnO может быть связано с хорошей адсорбционной способностью красителя, прямым фотоокислением красителя и ингибированием фотоиндуцированной электрон-дырочной рекомбинации29. Для легирующего синтеза обычно требуются сложные методы, которым не хватает простоты и высокого выхода.30, 31. Твердотельный синтез оксидов металлов из молекулярного предшественника имеет несколько преимуществ перед другими синтетическими подходами, поскольку он прост, дает хорошие выходы, что облегчает крупномасштабное производство32. Использование ZnO в качестве фотокатализатор был изучен при разложении красителя родамина Б под действием УФ-излучения33,34,35. Изучено влияние дозы катализатора и размера частиц на эффективность разложения красителей36. В продолжение нашей предыдущей работы по синтезу и гибридизации оксидов металлов, исследование и применение их в качестве эффективных материалов для очистки воды37,38,39,40,41,42. ZnO, смешанный с ZnC, были синтезированы щадящим твердотельным методом из молекулярного предшественника цитрата. Для характеристики продуктов обжига использовались различные методы. Фотокаталитическая активность синтезированной смеси ZnO/ZnC показала эффективную фотокаталитическую активность при деградации различных красителей по сравнению с другими катализаторами.