原標題:電紡PAN/CuO-ZnO納米纖維複合材料的製備及其對染料的光催化降解性能

這項工作中,研究者以剛果紅(CR)爲模型污染物,採用水熱法和煅燒法制備了以納米纖維爲模板的金屬氧化物納米複合材料。在此,研究者通過靜電紡絲技術以及隨後的熱處理工藝(即水熱和煅燒)開發出PAN/CuO-ZnO納米複合材料。藉助X射線衍射(XRD)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、熱重分析(TG)、高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)、X射線光電子能譜(XPS)、光致發光(PL)和UV-Vis漫反射光譜(DRS)對所得納米纖維複合材料進行了表徵。結果表明,通過煅燒獲得的納米複合材料具有良好的電子結構以及出色的光學響應。

這是由於p-n異質結構PAN/CuO-ZnO雜化納米複合材料的激發電子-空穴對的電荷分離性能較好。通過煅燒和水熱法獲得的納米複合材料的光催化效率分別爲98%和93%。可重用性研究證實了光催化劑多種用途的穩定性和可行性。此外,光催化機理證實了簡易集成的納米纖維金屬(PAN/CuO-ZnO)複合材料具有優異的光催化性能,可有效進行水體修復。

圖1.PAN/CuO-ZnO納米複合材料的合成過程示意圖。

圖2.通過(a)水熱法和(b)煅燒法制備的PAN/CuO-ZnO納米複合材料的XRD分析。

圖3.(a-c)水熱合成PAN/CuO-ZnO納米複合材料的HRTEM圖像(圖2b的插圖爲SAED圖譜),(d)沿納米纖維軸的線掃描和(e)元素映射(通過線掃描)。

圖4.(a,c)煅燒PAN/CuO-ZnO納米複合材料在不同放大倍數下的HRTEM顯微照片,以及(b)材料衍射晶格的SAED圖和(d)EDAX分析。

圖5.(a)PAN/CuO-ZnO納米複合材料的FTIR和(b)熱重分析。

圖6.通過水熱法和煅燒法制備的PAN/CuO-ZnO納米複合材料的XPS分析,顯示(a,b)全掃描以及(c,d)C1s,(e,f)N1s,(g,h)O1s,(i,j)Cu2p和(k,l)Zn2p的去卷積光譜。

圖7.(a)在黑暗條件下,當存在或不存在催化劑時,(b)在陽光下,當存在或不存在催化劑時,CR染料的光催化降解曲線。(c,d)使用染料濃度(180mg/L)對兩種納米複合材料進行濃度依賴性光催化劑研究和(e)動力學研究。

圖8.對水熱(紅色)和煅燒(藍色)PAN/CuO-ZnO納米複合材料進行可重用性研究。

圖9.PAN/CuO-ZnO納米複合材料的光催化機理示意圖。

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