Page 107 - 《精细化工》2021年第8期
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第 8 期 李 酽，等: Au 修饰纳米 ZnO 的超声化学法制备及光催化性能 ·1601·
图 6 ZnO 及 Au/ZnO 样品的紫外-可见吸收光谱 图 8 ZnO 和 Au/ZnO 样品对 MB（a）和 MO（b）的光
Fig. 6 UV-Vis absorption spectra of ZnO and Au/ZnO 催化降解性能曲线
samples
Fig. 8 Photocatalytic degradation performance curves of
半导体的禁带宽度可以通过 Tauc plot 法 [29] 来 ZnO and Au/ZnO samples for MB (a) and MO (b)
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估算，由于 ZnO 为直接带隙半导体，采用(αhv) -hv
图 8a 显示，样品 0.5%-Au/ZnO 对 MB 的降解
曲线线性部分外推可以估算出样品的禁带宽度。其
性能最好，在光反应 80 min 时 MB 基本完全降解
中，v 为光子频率，Hz；α 为半导体的吸收系数（在
（100%）。样品 0.3%-Au/ZnO 、1%-Au/ZnO、
此次计算中，通过样品的吸光度 A 来代替），L/(g·cm)；
h 为普朗克常数，6.63×10 –34 J/s。ZnO 及不同 Au 修 3%-Au/ZnO、5%-Au/ZnO 光反应 90 min 后对 MB
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饰量的 Au/ZnO 样品的(Ahv) -hv 曲线见图 7。 降解率分别为 93%、85%、92%、86%，而相同光
反应时间下纯 ZnO 在紫外光下对 MB 的降解率仅
为 65%。显然，Au 纳米粒子修饰可以显著提高 ZnO
在紫外光下对 MB 的降解率。图 8b 为不同样品在
紫外光下降解 MO 的性能曲线。对 MO 降解效果最
好的为样品 0.5%-Au/ZnO，在光反应 160 min 后
MO 降 解率接 近 100% 。样品 0.3%-Au/ZnO 、
1%-Au/ZnO、5%-Au/ZnO 在 180 min 时将 MO 基本
完全降解，样品 3%-Au/ZnO 在 180 min 时对 MO
降解率达 93%，纯 ZnO 对 MO 在 180 min 时降解
率仅为 84%。Au 的修饰同样提高了 ZnO 对 MO 的
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图 7 ZnO 及 Au/ZnO 样品的(Ahv) -hv 曲线 降解性能。当 Au 含量为 0.5%时，样品对两种污染
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Fig. 7 (Ahv) -hv curves of ZnO and Au/ZnO samples
物的降解性能都达到最佳状态。当 Au 含量大于
从图 7 可以看出，ZnO 禁带宽度为 3.30 eV，在 0.5%时，大量 Au 纳米粒子团簇覆盖于 ZnO 表面，
Au 纳米粒子修饰后，所有复合物样品的禁带宽度都 不仅减少了染料和 ZnO 之间的表面接触面积，同
有所减小，这有利于电子空穴对的产生以及光生载 时也阻碍了半导体对紫外光的吸收。此外，部分
流子的分离。 Au 纳米粒子可能会从电子储存中心转变为空穴电
2.6 光催化降解 MB 及 MO 子复合中心，从而影响样品性能。需要注意的是，
ZnO 和 Au/ZnO 样品对 MB（a）和 MO（b）的
从图 8 可以看出，纯 ZnO 对两种物质依然有良好的
光催化降解性能曲线见图 8。 降解趋势。因此，认为 Au 的修饰使样品在同一时
间内产生了更多的电子空穴对，并且使电子-空穴
分离能力增强，这与紫外-可见吸收光谱得出的结
论一致。
采用一级反应动力学模型 ln(ρ/ρ t )=kt 对样品的
光降解性能进行了分析 [30-31] 。其中，k 为一级速率
–1
常数，min ；ρ 为溶液吸附平衡后的溶质质量浓度，
mg/L；ρ t 为光反应后某一给定时间的溶质质量浓度，
mg/L；t 为光反应时间，min。动力学曲线线性拟合
结果分别如图 9a、b 所示。
