协同光催化活性与可见光响应:复合材料对活性氧的巩固作用

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如今,盐酸四环素(TC)被认为是一种新出现关注的化合物(CECs)。盐酸四环素(TC)由于其持久性引起了人类和生态的持续关注。近年来,金属-有机框架MOFs具有微孔结构和持有较大的毛孔在环境净化领域具有潜在应用。而碳气凝胶(CA)由于其比表面积大、密度低、热稳定性好、无毒等优点引起了人们的极大兴趣。本论文围绕MOFs和CA材料的合成开展了相关催化剂的合成研究,并进行了光催化降解盐酸四环素的研究。
  本文在低温下合成了MIL-100(Fe)并分别与Fe3O4和CA复合。获得的MIL-100(Fe)、MIL-100(Fe)@Fe3O4,MIL-100(Fe)@CA和MIL-100@Fe3O4/CA做为光催化剂,用于从水中去除TC。结果表明,MIL-100(Fe)降解TC的活性高达85%,高于MIL-100(Fe)@Fe3O4(42%)。活性提高的原因在于其高的比表面积(389m2g-1),较小的孔径(2.4纳米),较小的孔体积(0.319m3g-1),电子和孔穴分离效率高和较低带隙(1.76eV)。CA与MIL-100(Fe)@Fe3O4的耦合大大加快了光生电荷载体的传输,并将MIL-100(Fe)@Fe3O4的性能提高了1.6倍。此外,由于Fe3O4的添加,催化剂的稳定性和可回收性都得到了提高,有利于环境友好型的水净化工艺。
  当今世界,利用异质结光催化剂进行去污成为一种更有前途的方法。本文在不使用NH3.H2O的情况下合成了α-Fe2O3,并在不涉及高温焙烧的情况下,获得了复合材料(α-Fe2O3@CN)。对复合材料进行XRD、FT-IR、SEM、DRS、XPS和PL了表征,以确定α-Fe2O3的带隙、官能团、球面结构、吸收可见光的能力,元素(Fe,O,C,和N)的检测及电荷分离能力。结果表明,α-Fe2O3和CN的适当配比增强了带隙,加快了TC的光降解速率。与纯α-Fe2O3和CN相比,复合α-Fe2O3@CN在可见光谱下表现出更有效的光催化降解TC效率。当α-Fe2O3与适当含量的CN,即α-Fe2O3@1.5CN得到了去除效率的明显增强,因为α-Fe2O3在CN纳米片上的分布更好,因此具有最高的去除率,从而导致ROS(O2-and?OH自由基)物种的产生,降低了电子和空穴复合率展现出潜在的环境应用前景。
  本文以ZIF-8为前驱体和CN通过简单的热分解策略合成了ZnO@CN纳米复合材料。利用制备的光催化剂对制药行业最常用的环境污染物-抗生素盐酸四环素(TC)进行了光降解研究,并对其形态和理化学参数进行了研究。对样品进行了XRD、FT-IR、SEM、DRS、XPS和PL等表征。不同的分析技术表明样品为窄带隙、六边形纳米螺帽结构、稳定性高、对可见光的吸收能力强及高吸附能力。实验结果表明,ZnO和CN的平衡比在电荷分离中起着至关重要的作用,并提供了可见光照下光催化降解的标准的带隙。与纯ZnO和CN相比,复合材料ZnO@CN-2对TC的降解具有更有效的光催化活性。ZnO@CN-2纳米复合材料中光降解速度分别为CN的2.77倍,ZnO的1.51倍。ZnO@CN-2在可见光照射下对TC氧化的光降解效果较好,得到了比单纯ZnO与CN更好的光降解效果。循环过程研究了材料的稳定性。结果表明,经过五次重复利用后,降解速率无明显变化。此外,CN与ZnO的耦合通过提供活性位点促进了光降解现象,产生了丰富的氧种类,并抑制了电子和空穴的复合,从而在太阳光谱下对TC有更好的降解活性。
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