Page 108 - 《精细化工》2021年第8期
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·1602·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

                                                               为了使 ZnO 与 Au 达到费米能级持平而流向修饰于
                                                               ZnO 表面的 Au 纳米粒子,这有助于光生载流子的
                                                               分离,降低了光生载流子的复合速率。光生电子与
                                                               样品表面所吸附的 O 2 分子反应生成超氧阴离子自
                                                                     2–
                                                               由基•O ,其可以转化为具有强氧化性的活性•OH。
                                                               同时,光生空穴可以和 H 2 O 生成•OH,足够多的•OH
                                                               将 MB 或 MO 最终降解为 CO 2 和 H 2 O。主要反应如
                                                               下:
                                                                                                 +
                                                                                        –
                                                                      ZnO + Au + hv  → e (Au) + h (ZnO)  (2)
                                                                                              –
                                                                                –
                                                                               e (Au) +O 2 →•O 2        (3)
                                                                               –
                                                                             •O 2  +H 2 O→HO 2 •+OH –   (4)
                                                                            HO 2 •+H 2 O→•OH+H 2 O 2    (5)
                                                                                 H 2 O 2 →2•OH          (6)
                                                                             +
                                                                                                 +
                                                                            h (ZnO) +H 2 O→•OH+H        (7)
                                                                             •OH+MB→CO 2 +H 2 O         (8)
                                                                             •OH+MO→CO 2 +H 2 O         (9)
                                                                   与目前已有的研究结果           [33] 相比,本文中 Au/ZnO
                                                               复合物光催化性能的提高主要是由于 Au 纳米粒子

            图 9   紫外光下,ZnO 和 Au/ZnO 样品降解 MB(a)和                与 ZnO 纳米粒子之间紧密的界面结构,这种良好的
                 MO(b)的一级动力学拟合曲线                               界面关系不仅保证了光催化过程中 Au 纳米粒子分
            Fig. 9    First order kinetics fitting curves of degradation of   离光生载流子的能力,还提升了两种材料异质结构
                   MB (a) and MO (b) by ZnO and Au/ZnO samples   的稳定性。
                   under UV light irradiation

                 由图 9a 可知,对于 MB,样品 ZnO、0.3%-Au/ZnO、
            0.5%-Au/ZnO、1%-Au/ZnO、3%-Au/ZnO、5%-Au/ZnO
                                              –2
                                                        –2
            对其降解反应的 k 值分别为 1.159×10 、2.636×10 、
                                                        –1
                                                   –2
                              –2
                    –2
                                         –2
            4.932×10 、1.902×10 、2.606×10 、2.120×10 min 。
            可见纳米 ZnO 在 Au 的修饰下,其降解反应速率皆
            得到提升,光催化性能表现最佳的样品 0.5%-Au/ZnO
            的 k 值约为纯 ZnO 的 4.26 倍。对于 MO,ZnO、0.3%-
            Au/ZnO、0.5%-Au/ZnO、1%-Au/ZnO、3%-Au/ZnO、

                                                       –2
            5%-Au/ZnO 所对应的 k 值分别为 1.008×10 、                        图 10  Au/ZnO 样品紫外光催化机理示意图
                                                  –2
                    –2
                                        –2
                              –2
            1.763×10 、2.397×10 、2.075×10 、1.403×10 、1.589×     Fig. 10    Schematic diagram of UV photocatalytic mechanism
                    –1
              –2
            10  min ,催化表现最佳的样品 0.5%-Au/ZnO 的 k                       of Au/ZnO sample

            值约为纯 ZnO 的 2.38 倍。总之,纳米 Au 粒子的修
            饰使得样品在紫外光下对 MB 和 MO 的降解性能都得                        3   结论
            到提升。
            2.7    Au 修饰 ZnO 纳米复合物紫外光催化机理                         (1)通过超声化学法成功制备了异质界面结合
                 光催化性能最优越的样品 0.5%-Au/ZnO 的紫外                   紧密的 Au/ZnO 纳米复合物。
            光催化机理示意图见图 10。                                        (2)在紫外光下,Au 对 ZnO 的表面修饰能够
                 如图 10 所示,结合样品的荧光图谱及紫外吸收                       提高 ZnO 的光催化性能。Au 含量为 0.5%时,80 min
            光谱提出其催化性能的机理。对于纯 ZnO,当紫外                           完全降解 MB,160 min 完全降解 MO。
            光照射样品时,ZnO 价带(VB)电子被激发(即光                             (3)Au 纳米粒子的表面等离子体共振效应可以
            生电子),后跃迁至导带(CB)。这使价带产生带正                           使 ZnO 的光吸收范围扩展至可见光区。
            电荷的空穴(光生空穴),即光生载流子的分离。对                               (4)复合物中 ZnO 的禁带宽度减小,表明 Au
            于 Au/ZnO 材料,众所周知,Au 的功函数(5.1 eV)                   的修饰对 ZnO 禁带宽度有调制作用。
            大于 ZnO 的功函数(4.5 eV)        [32] 。因此,光生电子               本文所采用的制备方法简单易行、效率高,产
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