Ag沉积CuO-ZnO纳米复合材料的溶胶-凝胶合成及光催化性能研究

利用太阳能光催化降解处理水污染,是修复环境相关成本最小的一种可靠方式,但由于光降解过程复杂,开发一种高性能、可回收、低成本的光催化系统十分具有现实意义。本工作采用简易的溶胶-凝胶法合成了一种Ag沉积CuO-ZnO纳米光催化剂,使用高浓度铜离子掺杂的方式获得了CuO-ZnO异质结构。通过多种测试手段对样品进行表征,X射线衍射(XRD)测试证实了CuO与Ag的存在。扫描电子显微镜(SEM)测试表明ZnO颗粒形貌受Ag沉积的影响。X射线光电子能谱(XPS)证明Ag的沉积影响了表面Cu^2+向Cu^+的转变。在光照情况下,少量(2%,摩尔分数)Ag修饰的CuO-ZnO对有机污染物亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)水溶液的光催化降解效率较未修饰样品更高。光催化性能的改善主要归因于多组分体系中可见光利用率的提升、光生电荷的有效分离、形貌结构的优化及表面化学态的转变,三元复合光催化体系中优异的光催化性能、低贵金属使用量和可回收性,为水污染修复提供了一种有效途径。

高效Mn/ZnO⁃Ag纳米复合光催化体系的简易制备及研究

本研究使用简易高分子网络凝胶法制备了不同Mn含量掺杂的ZnO及Mn、Ag共掺的ZnO纳米光催化剂。在模拟太阳光下通过降解有机染料亚甲基蓝(MB)来研究样品的光催化性能。XRD和SEM证实,Mn的掺入减小了样品的晶粒尺寸,但改善了样品的颗粒分布。通过XPS能谱发现催化剂中存在Mn^(2+)和Mn^(3+),且随Mn离子掺杂量的增加,Mn^(3+)/Mn^(2+)比例增大。PL光谱显示,Mn/ZnO⁃Ag体系的发光强度较纯ZnO显著降低,其中当Mn浓度为1%(摩尔分数)时展现出最高效的光生载流子分离。结果表明,Mn掺杂显著增强了ZnO对可见光的吸收,但在一阶光降解动力学方程中并未发现显著的光催化活性提升,而Mn/ZnO⁃Ag样品在保持较好光学性能的同时大幅提高了ZnO的光催化活性。结合光催化测试结果发现,Mn/ZnO⁃Ag样品光催化性能的提升与其对可见光利用率的提高、Mn离子间价态变化及Mn离子与Ag粒子间的协同作用有关。这为系统性提升ZnO的光催化活性提供了一种有用的途径。

Ag沉积的ZnO∶Cu纳米颗粒的制备及高效光催化研究

采用高分子网络凝胶法制备了Ag沉积的ZnO∶Cu纳米颗粒。XRD和SEM结果表明,Cu掺入后ZnO纳米颗粒的晶粒尺寸有所减小,但颗粒分散性得到改善。XPS谱的分析表明,Cu在样品中以Cu^2+和Cu^+的形式共存。结合PL光谱分析,认为Cu^2+和Cu+间的能级跃迁是引起蓝光发射的重要因素。UV-vis光谱显示掺铜明显提高了Ag-ZnO复合体系对可见光的吸收。分别在模拟太阳光和紫外光下降解亚甲基蓝(MB),测试样品的光催化性能。分析认为,Cu离子与Ag/ZnO异质结之间的协同作用能促进光催化反应的进行,与掺5%(摩尔分数,下同)Cu的Ag-ZnO纳米颗粒相比,微量掺杂0.2%Cu的Ag-ZnO样品在形貌、光学性能等方面更具优势,因此表现出更优异的光催化活性。