量子限域纳米半导体上低碳烷烃的光助催化氧化

Selective photocatalytic oxidation of cyclohexane over Q-ZnFe_2O_4 nanoparticles under mild conditions

利用So l-G el及摸板技术定向合成了具有量子限域特征的ZnFe2O4纳米半导体催化剂(Q-ZnFe2O4)。分别采用XRD,DRS,FS,In situ EPR及光催化等手段对合成的纳米半导体的结构,表面化学物理特性,表面界面电荷转移特性及选择催化特性进行了深入研究。研究结果表明:采用定向合成技术可以在室温下合成具有尖晶石结构的Q-ZnFe2O4纳米晶半导体。DRS及FS结果证明样品呈现显著的量子限域效应及表面界面效应。原位辐射顺磁共振光谱结果表明:光生的电子和空穴可以分别在体相及表相Fe3+位置被同时俘获。临氧条件下,量子限域Q-ZnFe2O4纳米半导体受光激发后,光生电子可由表相Fe3+转移给四面体位置的Zn2+,即表相Fe3+可以作为光生载流子的生成中心;吸附的分子氧可以俘获迁移的电子形成高活性的羟基自由基。温和条件下,Q-ZnFe2O4纳米晶半导体可以高效活化分子氧实现低碳烷烃的光催化选择氧化,其中醇类羟基化合物的选择性可接近60%。

Selective photoxidation of cyclohexane over Q-ZnFe2O4 by molecular oxygen was studied. Physical techniques including XRD, UV-VIS, FS and ESR were applied to investigate the photogenerated carrier transfer and quantum size effect which are believed to be the reason for governing selectivity and activity in the photocatalytic reaction.