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廃水処理に効果的な光触媒活性を持つ銀で装飾された還元型酸化グラフェン(rGO)ナノフレークの水熱合成

要約

酸化グラフェン(GO)は修正ハンマー法で得られ、還元型酸化グラフェン(rGO)は熱処理を用いて得られました。さまざまな濃度(2.5、5、7.5、および10 wt。%)の銀(Ag)が、熱水アプローチを採用することによってGOナノシートに組み込まれました。合成されたAg装飾rGO光触媒Ag / rGOは、X線回折(XRD)を使用して特性評価され、相純度と結晶構造が決定されました。 XRDパターンは、GOからAg / rGOへの形成を示しました。分子振動と官能基は、フーリエ変換赤外分光法(FTIR)によって決定されました。光学特性とAgの挿入によるバンドギャップの減少は、UV-Visible(Uv-Vis)分光光度計とフォトルミネッセンス(PL)で確認されました。炭素構造の電子特性と無秩序は、特徴的なバンド(DとG)の存在を明らかにしたラマン分光法によって調査されました。調製したサンプルの表面形態を電界放出型走査電子顕微鏡(FESEM)で調べた。 rGOシート上のAgNPの均一な分布、サイズ、および球形は、高分解能透過型電子顕微鏡(HR-TEM)の助けを借りてさらに確認されました。ドープされたサンプルとドープされていないサンプルの色素劣化は、Uv-Visスペクトルによって調べられました。実験結果は、Ag @ rGOの光触媒活性が、電子正孔対の再結合の減少により、ドーピング比の増加とともに向上することを示しました。したがって、Ag @ rGOは、環境や廃水を浄化するための有益で優れた光触媒として使用できることが示唆されています。

はじめに

地球上の水は私たちの体の血液に似ています。これは、すべての生物種の生存と発達のための重要なリソース資料です。地球の表面の71%が水で覆われていますが、淡水湖、川、浅い地下水を通して人間が直接利用できる淡水と見なされるのは、総水の0.03%にすぎません[1]。ここ数十年で、きれいな飲料水の不十分な利用可能性は、容赦ない世界的な懸念として現れてきました。世界の人口の急速な増加と工業化により、環境汚染が増加し、約7億5,000万人がきれいな水へのアクセスの欠如に直面しています[2、3]。貯水池は、重金属イオン、染料、油、および繊維、ゴム、紙、化粧品、染色、プラスチック、食品に関連するさまざまな皮革の皮なめし工場や産業から放出されるその他の化学物質を含むさまざまな危険な汚染物質によって繰り返し汚染されています[4]。世界銀行の報告によると、水質汚染の17〜20%は繊維産業によって引き起こされています。毎年約1/10百万種類の染料が多くの繊維プロセスで生産されており、これらの染料の中でメチレンブルー(MB)10〜15%が排水中に直接放出されます。これらの汚染物質は、ガン、皮膚の不安定さ、アレルギー、肝臓の機能不全などの深刻な健康問題を引き起こし、水生生物にも有害です[4、5]。

これらの地球規模の問題に対処するために、イオン交換、電気分解、カーボンフィルター、化学凝固、生物学的方法、膜ろ過、逆浸透(RO)などの特定の従来の処理アプローチが採用されています。それにもかかわらず、一連の欠点と制限は、不十分さ、複雑な手順、高いスラッジ形成、高い実装と運用コスト、および大量のエネルギーの使用を含むこれらの技術に関連しています[4、6、7]。したがって、前述の特性を備えた効率的な技術を開発する必要があります。そのような技術の中で、光触媒は最大の欠陥を克服します。

これまで、無機半導体ナノ材料を使用した光触媒分解は、低毒性、電気化学的安定性、超酸化能力、費用対効果、環境的実行可能性などの優れた物理的および化学的特性により、研究者にとって大きな望ましさと関心を示してきました[2、8、9 ]。光触媒(PC)プロセス中、ナノマテリアルは、価電子帯と伝導帯の間でバンドギャップによって開始される励起よりも大きな可視光エネルギーを吸収します。電荷分離により、電子正孔対が生成されます。フリーラジカル(OH)は有機化合物を酸化し、汚染物質を分解します[8、10]。

一方、有機汚染物質は主に半導体の表面で分解するため、PCの性能、特に光触媒の表面積を決定するためには、いくつかの重要な要素が不可欠です。さまざまなナノ構造の中で、堅牢な光吸収能力、高速の界面酸化還元速度の存在。二次元(2D)ナノ構造は、これらの機能をより効率的に実現する傾向があります[11、12、13、14]。 2Dナノ材料は、他の球状ナノ結晶とは対照的に、接合部と粒界が減少しているため、電子輸送チャネルも提供します。電子の迅速な輸送により、再結合率が低下し、PCの劣化性能が向上します。したがって、この行では、酸化グラフェン(GO)が半導体PCの効率を支持するのに適した候補です[15、16、17、18]。

過去数十年で、CNTやその他の炭素ベースのナノ材料に加えて、単一原子の厚さのナノシートを備えたグラフェンが、エネルギー変換、貯蔵、触媒活性など、幅広い有望な関連特性を備えた人目を引く候補として浮上しました[19、 20,21]。水処理と蒸留に関する研究では、sp 2 に共役した非局在化電子が多数あるため カーボンネットワークの構成により、グラファイトカーボンは光電子の輸送を強化し、システムの光変換効率を大幅に向上させます。また、GOは水性媒体中で有機物の高い吸収能力を示します[22、23]。 GOおよび還元型酸化グラフェン(rGO)は、PC反応をもたらし、バンドギャップが狭いため、可視光活性半導体光触媒として促進されます。それにもかかわらず、表面での電子正孔対の急速な再結合が原因で光変換が不十分であることが判明したため、改善の余地があります。

GO / rGOに基づく光触媒の光変換効率は、電子正孔再結合を防ぐことによって向上させることができます。この目的を達成するために、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、銀、金ナノ粒子(NP)などの貴金属イオンを使用して表面改質が十分に開発されました。最も研究されている貴金属の中で銀は、その低コスト、比類のない光学特性、より高い化学的安定性、および非毒性のために、PC関連性のためのグラフェンおよびその類似体の修飾の有望な候補と見なされます。 rGOで装飾された銀ナノ粒子の不動性の増加は、主に反応領域の増加と優れた電荷分離により、パフォーマンスの向上として認められています。共役スキームによるGOのユニークな電子凝集と輸送特性は、ホットエレクトロンを反応性サイトに駆動し、再結合を抑制します[23]。したがって、前述の利点に代わって、熱水ルートを介してrGO光触媒を使用してAg含有量(2.5、5、7.5、10)重量%のさまざまな比率を合成することを目的とし、光触媒の効率を調べるために準備されたサンプルも、いくつかの手法で特性評価されます。構造的な光学的および電子的特性。

メソッド

現在の研究は、光触媒の効率を調査するために、熱水ルートを介してさまざまな濃度のAgをrGOナノシートに合成することを目的としていました。

資料

グラファイト(99%)と硝酸ナトリウム(NaNO 3 )99.9%は「Sigma-Aldrich」から調達し、硫酸(H 2 SO 4 、37%)およびリン酸(H 3 PO 4 )は「Analar」から取得しました。銀(Ag、99.8%)、過マンガン酸カリウム(KMnO 4 、99%)、および塩酸(HCL)は「Merck」から得られました。すべての化学物質は、さらに精製することなく使用されました。

GOの合成

GOを得るために修正ハマー法を採用した。グラファイト(5 g)およびNaNO 3 (2.5 g)をH 2 に混合しました SO 4 (108 ml)12 mlH 3 PO 4 。混合物を氷浴中で10分間磁気的に撹拌した。さらにろ液をマッフル炉で60°Cで2時間乾燥させ、水分を除去しました。後で、KMnO 4 (15 g)を5℃未満に維持された温度でゆっくりと加えた。水を継続的に加えながら、98℃で60分間激しく撹拌した後、懸濁液を2時間氷浴に移した。 5ミントH 2 後、懸濁液の量が400mlになるまでさらに脱イオン水を加えました。 O 2 (12 ml)を混ぜた。最後に、懸濁液を遠心分離し、水で繰り返し洗浄し、HCL生成物を60°Cで乾燥させました。図1に示すように、洗浄後のGOのpHは5.7でした[24、25]。

GOおよびAgドープrGOの合成プロセス

Ag / rGOの合成

rGOは熱還元によりGOから抽出されましたGOは還元温度(300°C)に保つことで還元されました。急激な温度変化により炭素面から官能基と酸素原子が除去され、GOの剥離が起こってrGOが生成されます[ 26]。 rGOは、化学的に誘導されたグラフェンと見なすことができ、その構造は1層から多層に変化します[27]。さまざまな濃度比のAgドープrGOを、80 mlの脱イオン水中に(25、50、75、および100 mg)Agを組み込んだ800 mgのGOナノシートを使用して、20分間激しく攪拌しながら熱水合成しました。次に、溶液を遠心分離し(30分)、続いて100 mlのテフロンで裏打ちしたオートクレーブに移し、密封し、200°C(24時間)に加熱しました。最終製品は、図1 [9]に示すように約200°Cで乾燥しました。

光触媒活性

調製物の光触媒活性は、図2に示すように、水性媒体中での合成メチレンブルー(MB)の分解によって評価しました。染料(5 mg / 500 ml)は、光触媒の10 mg懸濁液(0.025:1、0.050: 1、0.075:1、および0.1:1)を攪拌(5分)し、暗所に30分さらして有意な吸光度を達成します。激しく攪拌しながら調製した60mlの溶液を、可視光源として使用する水銀ランプ(400Wおよび400-700nm)下で光反応器に移しました。指定された時間間隔(20分)で露光した後、懸濁液(3 ml)を収集して色素の分解を測定しました。 MBの濃度/吸光度をUV-Vis分光計で調べました。調製した光触媒の脱色効率は次のように評価されました。

$$ \ mathrm {Degradation} \ \ left(\%\ right)=\ left [1- \ left(C / {C} _o \ right)\ right] \ times 100 $$(1)<図> <画像>

Ag / rGOの存在下での色素分解の光触媒メカニズム

ここで C o t での吸光度です =0および C は時間 t での吸光度です (特定の時間間隔)[8、10]。

有機分子の光触媒分解のメカニズムは次のように解明されています(図2)。光触媒(Ag / rGO)にPCのバンドギャップエネルギー以上のエネルギーの光子を照射すると、電子(e - )価電子帯(VB)から励起される

$$ \ mathrm {PC} + hv \ to {e} ^ {-} \ left(\ mathrm {CB} \ right)+ {h} ^ {+} \ left(\ mathrm {VB} \ right)$$ (2)

照射により生成された電子は、O 2 によって容易にトラップされます。 光触媒(PC)の表面に吸収された分子または溶解したO 2 スーパーオキシドラジカル、すなわちO 2 を与える •−

$$ {e} ^ {-} + {\ mathrm {O}} _ 2 \ to {\ mathrm {O}} _ 2 ^ {\ bullet-} $$(3)

したがって、O 2 •− H 2 と反応できます ヒドロペルオキシラジカルを生成するO(H 2 O )およびヒドロキシルラジカル(OH )、有機分子を分解する影響力のある酸化剤です:

$$ {\ mathrm {O}} _ 2 ^ {\ bullet-} + {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm {O} \ to {\ mathrm {H} \ mathrm {O}} _ 2 ^ {\ bullet} + \ mathrm {O} $$(4)

同時に、光生成された正孔は表面のヒドロキシル基(H 2 O)光触媒の表面にヒドロキシルラジカル(OH )を生成する ):

$$ {h} ^ {+} + {\ mathrm {OH}} ^ {-} \ to {} ^ {\ bullet} \ mathrm {O} {\ mathrm {H}} _ {\ mathrm {ad}} $$(5)$$ {h} ^ {+} + {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm {O} \ to {} ^ {\ bullet} \ mathrm {O} \ mathrm {H} + {\ mathrm {H}} ^ {+} $$(6)

最終的に、有機分子は酸化されてCO 2 を生成します およびH 2 Oは次のとおりです:

OH +有機分子+ O 2 →製品(CO 2 およびH 2 O)(7)

一時的に、正孔と電子のわずかな再結合が起こり、調製されたナノ触媒の光触媒活性が低下する可能性があります[28]。

材料の特性評価

GOとAg @ rGOの結晶構造と位相情報は、XRDを介して、平均波長0.154 nm(5-80°)の単色化Cu K放射を備えたスペクトルBrukerシステム(XRD、D2 Phaser、USA)によって調査されました。 0.05 /分のスキャン速度。スペクトル範囲4000〜400 cm -1 のFTIRPerklin Elmer3100分光計 32スキャンの増加と0.2cm -1 の解像度で 調製したサンプルの官能基やその他の分子振動を検出するために使用されました。光学特性は、200〜700 nmの範囲でUV-Vis分光光度計(TECAN infinite M200PRO)を介して記録されました。合成サンプルの表面形態と層間距離は、フィールドエミッション走査型電子顕微鏡(FESEM)、JSM-6460LVおよび高分解能透過型電子顕微鏡(HR-TEM)Philips CM30、およびJEOL JEM2100Fを使用して観察されました。 GO、Ag / rGOフレーク、および振動モードを確認するために、波長532 nm(6 mW)のレーザーを使用した反射型共焦点ラマン顕微鏡を介してレニショーでラマンスペクトルを使用しました。調製されたままのサンプルとドープされたサンプルのフォトルミネッセンススペクトルは、分光蛍光光度計(JASCO、FP -8300)を介して記録されました。

結果と考察

調製したAg挿入rGOナノシートの相構造と結晶子サイズをXRD分析を使用して調べました(図3a)。 GOの回折図は、0.80 nmの層間間隔を持つ(001)面に起因する約10.27°に位置する強い反射を示しています[23、29、30]。 Agをドーピングすると、ブロードピークは約25.4°で発生します。これは、d間隔が0.34 nmの六角形グラファイトの(002)面(JCPDS No#04-0783)としてインデックス付けされたグラフェンの特徴的なピークとして認識されます[23、30、31 、32]。ピーク(001)は、完全に酸化されてGOになっているグラファイト粉末を示し、(002)ピークは、rGOの2つの層の間のポリ炭化水素テンプレートの除去を承認しました[30]。 Ag置換後、GOピーク(001)は2 θの高い値にシフトしました。 25.4°で、酸化グラフェンと銀イオン(Ag-rGO)間のレドックス反応と還元グラフェン酸化物(rGO)の層間に挿入される酸素含有基の除去によって引き起こされる還元後のdシフト値に明らかな低いd間隔XRD回折図に見られるように[29、32]。 Schererの式によって評価された平均結晶子サイズ:

$$ \ mathrm {D} =\ frac {\ mathrm {k} \ lambda} {\ beta \ cos \ uptheta} $$(8)

結晶子のサイズは、それぞれ〜4.85、11.3、11.53、11.6、および28.3nmであることがわかります。式で。 (8) k =0.89、β =FWHM、λ =0.154 nm、およびθ =回折角。調製されたサンプルのXRDパターンに対応する図3bおよびcの選択領域電子回折(SAED)は、明確なリングの特徴を示し、よく結晶化した生成物に現れるGOおよびAg / rGOの円筒相を示します。また、リングのインデックス付けはXRDパターンと一致していました。

a XRDパターン。 b c 調製されたままのAgドープRGOのSAEDリング( b )0:1( c )0.010:1。 d FTIRスペクトル

GOおよびAgをドープしたrGOのフーリエ変換赤外(FTIR)スペクトルを図3dに示します。観測されたピーク〜3433 cm –1 O-H伸縮振動に対応します[23]。低透過率のピークは1719cm –1 COOH基と1627cm -1 のバンドによって引き起こされるC =O伸縮振動に割り当てます。 芳香族C-C伸縮に割り当てられます[10、33]。 〜2371 cm -1 でピーク COOグループに割り当てられています[34]。透過率のピーク(〜650 cm -1 )は、ハイブリダイズしたsp 2 のフィンガープリント領域です。 C-H曲げ振動として割り当てられた炭素結合[35]。バンド〜1082 cm –1 ヒドロキシル伸縮振動によるC–O–Cに対応します。ドーピングすると、ドープされたサンプルの官能基のピーク値はわずかに変化しますが、形状は同じままです[23、29、36]。

図4aに示すように、Ag-rGO光触媒の吸光度およびバンドギャップ分析に関する光学特性を、200〜700nmの範囲のUv-Vis分光器で精査しました。 GOのUv-Visスペクトルは、πにより、230nm付近にピークの特性を示します。 – π *芳香族C-C結合の遷移は、sp 2 の広範な共役フレームワークの復元を示しました。 炭素原子。 n に起因する300nmで観察された別のショルダーピーク – π * C =O結合の遷移[19、23、31]。逆に、πに対応するAg / rGOの場合、これら2つのピークは弱くなりました。 – π *芳香族C–C結合の遷移は、270 nmで赤方偏移していることがわかりました。これは、GOの還元を確認し、グラフェンの電子共役の回復がないことを示しています[23、29]。 Ag NPの表面プラズモン共鳴による可視領域(〜400 nm)での吸収は、有機体の除去のための可視光活性光触媒としてのさらなる証拠です[23、29、37]。バンドギャップはTauc方程式によって計算されました。 αhν = D n αhνのプロットによる ) 2 vs 線形フィットの外挿により、バンドはGOで4.10 eV、Ag / rGOで3.98〜3.50 eVと計算され、バンドギャップは図4bで明確に観察されたAgNPのより高いドーピングで徐々に減少しました[38]。

a GOおよびAg-rGOのUV-Visスペクトル。 b バンドギャップの比較

図5に示すFESEMおよびHR-TEMによって解明されたGOおよびAg-rGOサンプルの形態的特徴。GO画像(図5a)は、薄いカーテンに似た、しわが豊富でふわふわした形態の微細構造の数層を示しています。 Ag @ rGOの画像(図5b-d)は、グラフェンの2D結晶構造により、グラフェンの熱力学的安定性に耐えるために不可欠な小さな変動を伴う、部分的に折りたたまれてカールしている透明なナノシートを示しています。ナノシートは非常にきれいで、絹のような波状の構造を示します。この機能は、rGOシートの凝集を防ぎ、表面を維持して、HR-TEM画像で視覚化できるグラフェンシートへのAgNPの付着を促進するために重要です[36]。対応するHR-TEM画像(図6a 1 -d 1 )、GOは、表面積がきれいな層状のシート状の構造を示します(図6a 1 )、Ag-rGOサンプル(図5b 1 )sp 3 の高い割合からの歪みのため、スタッキングフォールドはほとんどありません。 C–O結合[29]。 Ag NPの濃度を上げると(図6 c 1 、d 1 )画像は、平均粒子サイズが10〜12 nmのrGOシートの表面に、球形のAg NPが十分に分散して均一に散乱していることを示しています[23、29]。図6ではd 1 Agの濃度が高くなると(10%)、粒子の凝集が増加します。これは、ドープされた種に明らかです。

a - d a 1 - d 1 )GOおよびAg / rGOのFESEMおよびHR-TEM画像( a a 1 )GO( b b 1 )0.050:1( c c 1 )0.075:1および( d d 1 )0.10:1

a - d Ag-rGOのHR-TEM画像からのd間隔( a )0.025:1( b )0.050:1( c )0.075:1( d )0.10:1

図6a-dでは、Ag / rGOサンプルの最大5および10nmのd間隔の非常に高解像度の画像をはっきりと観察できます。丸で囲んだ領域は、Agナノ結晶の格子間隔が約0.235nmのAgNPの存在を示しています[23、29]。

フォトルミネッセンス(PL)分析は、電子正孔対の寿命、移動、およびトラップを調査し、グラフェンナノ構造間の相互作用、図7aに示す光触媒応答への影響を調査するために実施されました[39、40]。グラファイトは、バンドギャップがゼロであるため、発光特性を示しません。それにもかかわらず、ナノスケールまでサイ​​ズが小さくなると、量子閉じ込め効果によってバンドギャップが広くなります。 GOおよびrGOのナノシートでは、酸化物基と炭素空孔がグラフェンを変化させて、鎖とクラスターのサイズまたは割合によって影響を受ける可能性のある半導体挙動と発光現象を示すカーボンナノクラスターを形成しました[40、41]。 PLスペクトルでは、発光ピークは〜330、565、および608 nmに位置し、これはsp 2 の局所状態での電子正孔対再結合に起因します。 sp 3 に組み込まれた炭素クラスター マトリックス。したがって、rGOの発光は、sp 2 間の経路のパーコレーションを促進する酸素官能基の消失によるものです。 クラスター[40]。 rGOの場合、減少したGO酸化物官能基の減少とsp 2 により、約565nmの有意なピークが急激に減少しました。 炭素クラスターは同時に膨張します[41]。

a PLスペクトル。 b 調製したサンプルのラマンスペクトル。 c ラマンスペクトルのズーム領域

図7b、cに示すように、ラマン分光法を使用して、コントロールサンプルとAg @ rGOの電子的および構造的特性を調べ、秩序化された炭素構造と無秩序な炭素構造を区別しました。 GOの場合、2つのバンドが〜1340と〜1590 cm -1 にあります。 それぞれDバンドとGバンドとして割り当てられます。 Dバンドは、A 1g のk点フォノンの呼吸モードに割り当てられます。 sp 3 からの対称性とバンド 炭素原子; Gバンドは、sp 2 の特徴的なピークを示唆しています。 炭素の対称性と結晶性を明らかにし、E 2g を導入するハイブリッド構造 炭素原子のフォノン散乱[32、33、36]。さらに、Dバンドは表面の欠陥に明らかであり、構造上の欠陥は、炭素の基底面を持つヒドロキシルおよびエポキシド官能基が結合した状態で発生します[36]。 Gバンドは、従来の1次ラマン散乱プロセスに由来するグラフェンのラマンモードのみであり、E 2gの面内ゾーン中心、二重縮退フォノンモード(横(TO)および縦(LO)光学)に対応します。 対称性[42]。 1338 cm -1 で観測されたAg-rGOラマンスペクトルの場合 (Dバンド)、1583 cm -1 (Gバンド)および2682 cm -1 (2Dバンド)2900 cm -1 を中心とする追加のピークがあります (D + Gバンド)図7b、cの組み合わせ散乱による無秩序を表します[31、35、42、43、44、45]。 Dモードと2Dモードは、グラフェンのブリルアンゾーン(BZ)の非等価k点間の2次二重共鳴プロセスに由来します。2DバンドはDバンドの2次を示し、2つの存在によるDバンドの倍音を暗示します。電話格子振動プロセス;それにもかかわらず、それは図7cのDバンドのような欠陥とは関連していません[35、41]。還元中のGOのラマンスペクトルにおけるGおよびDバンドの相対強度の変化は、通常、電子共役状態の変化に指定されます。この変化は、sp 2 の数の増加を示唆しています。 GOの減少後の分解整域[46]。 DとGバンドの強度比は、グラファイト層の無秩序度を定義します。 I D / I G =ドープされた無料サンプル(GO)の場合は0.87、I D / I G =Agドープサンプルの場合は1.15であり、比率が増加すると、sp 2 の平均サイズが減少することを示します。 Ag @ rGOの合成後の炭素ドメイン、2DとGバンド間の強度比(I 2D / I G )は1.69であり、rGOの電子濃度を調べるために使用されています[31、32、35、47]。

Agナノ粒子は、半導体材料にドープされると、それらの異なる仕事関数のために接触電位差を生成します。この電位差はショットキー障壁と呼ばれます。図8に示すように、平衡に達した後に接触が形成されるときのバンドの曲がりは、金属の仕事関数の相対エネルギーに依存します(ϕ M )および半導体(ϕ B )コンポーネント。この現象は、光生成された電子の半導体から金属への方向性のある移動を誘発することができれば、電荷分離効率を大幅に向上させることができます。言い換えれば、それは電子正孔再結合を抑制するための効果的な電子トラップサイトの生成につながる可能性があります[48]。

Agで装飾されたナノシートの定性的な電子バンド構造

GOおよびAg / rGOナノシートの光触媒活性は、表面積が大きく、バンドギャップエネルギーが低いために発生しました。したがって、Ag / rGOはMBの光分解を大幅に改善し、色素は120分で完全に分解します(図9b)。疑似一次方程式を使用して、次の式を使用して、GOおよびAg / rGOサンプルの光触媒効率(図8a)を明示的に詳しく説明できます。

$$-\ mathit {\ ln} \ left({C} _t / {C} _o \ right)=kt $$(9)

ここで、Coは染料の初期濃度であり、 C t は時間における濃度、 k は、吸光度プロット(図9a)に示される分解プロセスの見かけの速度定数、つまり k の値です。 GOの場合は約0.1300min -1 および k Ag / rGOの場合は異常に増加します(0.1300 min -1 〜0.7459 min -1 )。図9cは、時間の経過に伴う劣化率の圧縮を示しています。GOは、65%の効率と、ドーピング濃度に応じて徐々に増加することを示しています。 Ag / rGO(0.10:1)は、100%までの最大%劣化を示します。これは、Ag NPの相乗効果が原因である可能性があります[49、50]。最後に、本研究におけるこれらの発見に基づいて、Ag / rGOは有機染料からの水の精製に使用できる優れた製品であることが示唆されます。

a 色素還元の-ln(Ct / C0)対時間スペクトルのプロット。 b 濃度比のプロット(C / C 0 )対時間。 c すべてのサンプルの劣化(%)比較

結論

GOは、改良ハンマー法によって首尾よく得られ、rGOは、熱水経路を介したAg(2.5、5、7.5、および10 wt。%)の挿入中の熱処理から合成されました。 XRDパターンによると、d間隔(0.34〜0.023 nm)のピークシフトと減少は、六方晶構造のAgドーピング時のGOのレドックス反応を示しています。 Agの置換による平均結晶子サイズの増加(4.85から15.6 nm)が観察されます。 FTIRスペクトルにより、650 cm -1 付近の透過率ピークが確認されました。 これは、ハイブリダイズしたsp 2 のフィンガープリント領域です。 C-H曲げ振動として割り当てられた炭素結合は、他の結合した官能基に関する情報を明らかにします。 πに起因する特徴的なピーク – π *および n π *ピーク時の結合と赤方偏移。これは、UV-Vis分光法で解明されたように、Agの存在を裏付けています。これは、Taucの式を使用して計算されたドーピング比の増加に伴うバンドギャップエネルギーの明らかな減少(4.10〜3.50 eV)です。形態学的特徴は、HR-TEMで可視化されたAg NPの格子間隔が約0.235 nm、球形、サイズ(10-12 nm)のGOとAg / rGOの積層を示しています。局所状態sp 2 の炭素原子 sp 3 に組み込まれたクラスター マトリックス、rGOおよび拡張sp 2 の場合の有意なピーク減少 ドーピング時の炭素クラスターはPLスペクトルで確認されました。 A 1g sp 3 の対称性 Dバンドの炭素原子、sp 2 炭素の対称性と結晶性を明らかにし、炭素原子のE2gフォノン散乱と表面欠陥を導入するハイブリッド構造をラマンスペクトルで計算しました。光触媒活性はAg / rGO(0.10:1)に反応し、MB濃度を100%低下させます。これらの発見は、調製されたナノ触媒が水処理において危険な挙動を示さず、廃水から有機汚染物質を除去するための優れたナノ触媒であることを示唆しています。

データと資料の可用性

すべてのデータは制限なしで完全に利用可能です。

略語

UV-Vis:

紫外可視分光法

XRD:

X線回折

FTIR:

フーリエ変換赤外分光法

EDS:

エネルギー分散型X線分光法

SEM:

走査型電子顕微鏡

TEM:

透過型電子顕微鏡

JCPDS:

粉末回折標準に関する合同委員会


ナノマテリアル

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  10. ミルストーン剥離:大型の数層酸化グラフェンの真のせん断剥離
  11. 色素分解のための新規p-Ag3PO4 / n-BiFeO3ヘテロ接合複合材料の容易な合成と強化された可視光光触媒活性