ZnO 도핑된 C: 염료의 손쉬운 합성, 특성화 및 광촉매 분해

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14173(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

탄소 도핑된 ZnO 나노입자는 구연산아연 전구체의 열분해를 통해 합성되었습니다. 전구체는 반고체 페이스트로부터 합성된 후 700°C에서 하소되어 ZnO 나노입자를 생성했습니다. 전구체와 ZnO는 푸리에 변환 적외선 분광법, UV-가시광선(UV-Vis) 스펙트럼, 투과 전자 현미경, 전계 방출 주사 전자 현미경, X선 에너지 분산 분석(EDAX), X선 분말 회절(XRD)을 통해 특성화되었습니다. ) 및 X선 광전자 분광법(XPS)이 있습니다. 결과는 25 nm의 층 두께를 갖는 육각형 2D-ZnO 나노입자의 형성을 보장했습니다. ZnO의 광학 밴드 갭은 2.9eV로 확인되었으며 이는 벌크보다 낮습니다. 음이온 염료인 플루오레세인 염료와 양이온 염료인 로다민 B의 광촉매 분해를 UV 조사 하에서 C-ZnO NP를 통해 평가했습니다. ZnO는 240분 후에 Fluorescein 염료의 99% 분해를 나타냈고 UV 조사 하에서 120분 후에 Rhodamine B 염료의 완전한 광촉매 분해를 나타냈습니다.

직물, 의약품, 화장품 등의 가공 과정에서 발생하는 유기염료에 오염된 산업폐수 배출은 과도한 수질오염의 주요 원인이 되고 있습니다1. 적은 농도에서도 염료에 노출되면 수생 환경의 수질에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다2. 로다민 B 및 메틸렌 블루와 같은 염료는 비생분해성, 독성 및 발암성 유해 염료3, 4입니다. 플루오레세인은 재료의 구조를 시각화하고 유체 흐름을 추적하는 데 사용할 수 있으며 광범위한 범위에서 안정한 형광 염료입니다. pH 및 온도 조건5. 생분해되지 않고 저항성이 있는 염료는 오랜 기간 동안 환경에 남아 있을 수 있고 환경에 많은 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 큰 문제를 나타냅니다6. 효율적인 물 정화를 위해서는 흡착7, 여과8, 광촉매9와 같은 여러 공정이 필요합니다. 광촉매는 폐수에서 염료를 제거하기 위한 친환경적이고 지속 가능한 기술로 간주됩니다10, 11. 광촉매는 재생 가능하고 저렴한 자연 햇빛 방사선에 의존하는 미래 기술에 대한 유망한 접근 방식입니다12, 13. 나노구조 결함은 정의에 매우 중요합니다. 대상 응용 분야에서 나노구조의 특성과 성능14. pH 및 온도와 같은 강제 매개 변수가 없으면 소수의 광촉매가 음이온 및 양이온 염료 모두에 효율적인 분해 영향을 미칩니다15, 16. 2차원 물질은 수 나노미터 두께의 얇은 다중 층으로 만들어진 시트형 나노 물질입니다17, 18. 나노 직경이 있는 물질은 독특한 두께와 이중으로 노출된 활성 표면, 상태 스펙트럼의 전자 밀도의 독특한 특성으로 인해 다른 형태에 비해 광촉매 응용 분야에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 광촉매 반응은 ZnO20과 같은 반도체 표면에 있는 UV-가시광선에 의한 유도에 의존합니다. 이는 밴드 갭 에너지(3.3 eV)를 갖는 우수한 n형 반도체로 높은 감광성, 우수한 물리적, 화학적 안정성 및 높은 전자 이동도와 같은 고유한 특성을 가지고 있습니다17, 21, 22. ZnO는 강력한 항균제로서 상당한 잠재력을 가지고 있으며 결국 항생제를 대체할 수 있는 높은 안전성 프로필23. 이러한 특성으로 인해 ZnO는 태양 전지, 광촉매 및 가스 센서와 같은 다양한 응용 분야에 유망한 재료가 될 수 있었습니다24. 금속25 및 비금속(예: 탄소)26 도핑은 밴드 갭 공학 및 광촉매 작용에 상당한 영향을 미칩니다. 효율성27, 28. ZnO-탄소 도핑의 광촉매 효율 향상은 우수한 염료 흡착 용량, 염료의 직접적인 광산화 및 광유도 전자-정공 재결합의 억제로 인해 발생할 수 있습니다. 도핑 합성은 일반적으로 단순성과 높은 수율 생산이 부족한 정교한 방법이 필요합니다30, 31. 분자 전구체로부터 금속 산화물의 고체 상태 합성은 단순하고 대규모를 촉진하는 좋은 수율을 제공하기 때문에 다른 합성 접근법에 비해 몇 가지 장점이 있습니다32. ZnO를 다음과 같이 사용합니다. UV 방사선 하에서 Rhodamine B 염료의 분해에서 광촉매가 연구되었습니다. 염료의 분해 효율에 대한 촉매 용량과 입자 크기의 영향을 연구했습니다. 금속 산화물의 합성 및 혼성화 연구에 대한 이전 연구를 계속하여 이를 수처리에 효율적인 재료로 적용합니다37,38,39,40,41,42. ZnC와 혼합된 ZnO는 구연산염 분자 전구체로부터 양성 고체 기술을 통해 합성되었습니다. 하소 생성물의 특성화에 다양한 기술이 사용되었습니다. 합성된 ZnO/ZnC 혼합물의 광촉매 활성은 다른 촉매와 비교하여 다양한 염료의 분해에 효율적인 광촉매 활성을 나타내었다.