Cr 3+ 摻雜對(duì)ZnGa 2 O 4 光催化性能影響的研究
發(fā)布時(shí)間：2021-10-13 04:07
試驗(yàn)以Ga（NO3）3·9H2O、Zn（NO3）2·6H2O、Cr（NO3）3·9H2O、Na3C6H5O7·2H2O為原料,采用水熱法制備Cr3+摻雜ZnGa2O4。通過(guò)XRD、TEM對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征,通過(guò)UV-vis DRS、PL對(duì)樣品進(jìn)行光學(xué)性能表征,利用紫外-可見光分度計(jì)測(cè)試羅丹明B的吸光度變化情況對(duì)樣品進(jìn)行光催化性能檢測(cè)。研究摻雜量、煅燒溫度、保溫時(shí)間對(duì)ZnGa2O4的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明,最佳制備條件為:Cr3+摻雜量1.0%、煅燒溫度700℃、保溫時(shí)間8 h。最佳條件下ZnGa1.99Cr0.01
【文章來(lái)源】：中國(guó)陶瓷. 2020,56(01)北大核心CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【部分圖文】：
不同Cr3+摻雜量條件下ZnGa2O4的光催化降解RhB圖
圖4是室溫下Cr-ZnGa2O4樣品在254 nm波長(zhǎng)激發(fā)下的發(fā)射光譜，ZnGa2O4基質(zhì)在430 nm處出現(xiàn)寬帶發(fā)射峰，屬于ZnGa2O4的特征發(fā)射峰，來(lái)源于正常八面體中Ca-O鍵之間Ga3+與周圍O2-之間發(fā)生躍遷。由圖4可知，對(duì)比ZnGa2-xCrxO4(x=0.6%、0.8%、1.0%、1.5%、2.0%)五個(gè)摻雜比例，隨著摻雜量的增加，發(fā)光強(qiáng)度降低，相對(duì)熒光強(qiáng)度為其中ZnGa1.99Cr0.01O4<ZnGa1.992Cr0.008O4<ZnGa1.98Cr0.02O4<ZnGa1.995Cr0.015O4<ZnGa1.994Cr0.006O4,ZnGa1.99Cr0.01O4的發(fā)光強(qiáng)度最低，說(shuō)明在此摻雜量下，在ZnGa2O4晶格中電子-空穴分離率高，從而提高了光催化效果。圖中第二峰的出現(xiàn)是由于Cr3+對(duì)光本身具有吸收，完全吸收后發(fā)生電荷分離產(chǎn)生光生電子，產(chǎn)生的電子有兩個(gè)途徑:一是光生電子和空穴發(fā)生復(fù)合用于發(fā)光；二是光生電子和空穴分離，電子發(fā)生躍遷用于光催化。第二個(gè)峰的出現(xiàn)是由于光生電子與空穴復(fù)合用于發(fā)光，從而導(dǎo)致光催化性能下降。2.2 煅燒溫度對(duì)ZnGa1.99Cr0.01O4性能的影響
圖2是不同摻雜量下ZnGa2-xCrxO4的XRD譜圖。ZnGa2O4試樣衍射峰峰位的2θ值為18.423°、30.307°、35.700°、37.345°、43.393°、53.843°、57.402°、63.043°、71.539°、74.609°、75.622°、79.631°分別對(duì)應(yīng)是的立方尖晶石相ZnGa2O4的[111]、[220]、[311]、[222]、[400]、[422]、[511]、[440]、[531]、[620]、[533]、[622]和[444]晶面特征峰，與ZnGa2O4標(biāo)準(zhǔn)卡片PDF#38-1240基本對(duì)應(yīng)，有少許峰未對(duì)應(yīng)是由于純相ZnGa2O4未經(jīng)煅燒處理，晶面未發(fā)育完整。由此可以推測(cè)確實(shí)生成了ZnGa2O4，并沒有雜相出現(xiàn)。由圖2可以看出不同摻雜量下制備的所有樣品均是ZnGa2O4的純相，少量Cr3+的摻雜并不影響的晶體結(jié)構(gòu)。圖3為不同摻雜量下ZnGa2-xCrxO4的UV-vis DRS譜圖。由圖3可知，ZnGa2O4樣品在在200～300 nm的紫外區(qū)具有明顯吸收，在高于300 nm時(shí)吸光度下降，表明ZnGa2O4吸收邊帶在300 nm左右。當(dāng)Cr摻入ZnGa2O4中，ZnGa2-xCrxO4的UV-vis DRS漫反射譜在紫外區(qū)吸收有明顯的增強(qiáng)，由于ZnGa2O4的帶隙之間形成了摻雜能級(jí)從而使吸收邊帶發(fā)生紅移，縮小了ZnGa2-xCrxO4樣品的禁帶寬度。利用切線方法來(lái)確定各個(gè)樣品的吸收截止邊λ0，可知ZnGa2-xCrxO4(x=0.0%、0.6%、0.8%、1.0%、1.5%、2.0%）的吸收波長(zhǎng)為326 nm、370 nm、343 nm、361nm、361 nm和378 nm，通過(guò)公式Eg=1240/λ0計(jì)算禁帶寬度，分別計(jì)算可得3.80、3.36、3.61、3.44、3.44和3.28 eV。計(jì)算可知，Cr摻雜縮小了ZnGa2O4的禁帶寬度，增大了樣品的光響應(yīng)范圍，提高光能的利用率，改善了ZnGa2O4的催化活性，其中，摻雜量為1.0%的ZnGa2O4樣品的禁帶寬度最小，光催化活性最好。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]催化劑對(duì)TiO2薄膜性能的影響[J]. 陳倩,劉濤. 榆林學(xué)院學(xué)報(bào). 2011(06)
[2]改性納米二氧化鈦的探討[J]. 陽(yáng)小宇,蔡青云,楊麗霞,劉紹歡. 山東化工. 2010(07)
[3]中國(guó)環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的關(guān)系研究[J]. 周澤輝,趙娜. 中國(guó)城市經(jīng)濟(jì). 2010(06)
[4]ZnWO4∶Er3+,Yb3+納米棒的制備及發(fā)光性能[J]. 楊魁勝,白旭,高艷敏,翟海青,曹陽(yáng). 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2010(06)
[5]ZnCoO和ZnO納米棒陣列的結(jié)構(gòu)及發(fā)光特性[J]. 李敏,劉艷美,王維娜. 安徽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(03)
[6]之字形β-Ga2O3納米材料的合成和表征[J]. 王月輝,劉璐,田宏燕,解瑩,王紅蕾,王東軍. 河北科技師范學(xué)院學(xué)報(bào). 2010(01)
[7]Cd2+摻雜ZnWO4納米棒的合成和光致發(fā)光性能研究[J]. 曹廣勝,季佳秀,王洪偉,董承武. 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2009(07)
[8]鋱含量對(duì)硫氧化釔納米發(fā)光材料熒光性能的影響[J]. 陳紅衛(wèi),耿陽(yáng). 化學(xué)研究. 2007(01)
[9]納米銅粒子的熱穩(wěn)定性研究[J]. 劉偉,鄧曉燕,張志焜. 理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)). 2004(02)
本文編號(hào)：3433917
【文章來(lái)源】：中國(guó)陶瓷. 2020,56(01)北大核心CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【部分圖文】：
不同Cr3+摻雜量條件下ZnGa2O4的光催化降解RhB圖
圖4是室溫下Cr-ZnGa2O4樣品在254 nm波長(zhǎng)激發(fā)下的發(fā)射光譜，ZnGa2O4基質(zhì)在430 nm處出現(xiàn)寬帶發(fā)射峰，屬于ZnGa2O4的特征發(fā)射峰，來(lái)源于正常八面體中Ca-O鍵之間Ga3+與周圍O2-之間發(fā)生躍遷。由圖4可知，對(duì)比ZnGa2-xCrxO4(x=0.6%、0.8%、1.0%、1.5%、2.0%)五個(gè)摻雜比例，隨著摻雜量的增加，發(fā)光強(qiáng)度降低，相對(duì)熒光強(qiáng)度為其中ZnGa1.99Cr0.01O4<ZnGa1.992Cr0.008O4<ZnGa1.98Cr0.02O4<ZnGa1.995Cr0.015O4<ZnGa1.994Cr0.006O4,ZnGa1.99Cr0.01O4的發(fā)光強(qiáng)度最低，說(shuō)明在此摻雜量下，在ZnGa2O4晶格中電子-空穴分離率高，從而提高了光催化效果。圖中第二峰的出現(xiàn)是由于Cr3+對(duì)光本身具有吸收，完全吸收后發(fā)生電荷分離產(chǎn)生光生電子，產(chǎn)生的電子有兩個(gè)途徑:一是光生電子和空穴發(fā)生復(fù)合用于發(fā)光；二是光生電子和空穴分離，電子發(fā)生躍遷用于光催化。第二個(gè)峰的出現(xiàn)是由于光生電子與空穴復(fù)合用于發(fā)光，從而導(dǎo)致光催化性能下降。2.2 煅燒溫度對(duì)ZnGa1.99Cr0.01O4性能的影響
圖2是不同摻雜量下ZnGa2-xCrxO4的XRD譜圖。ZnGa2O4試樣衍射峰峰位的2θ值為18.423°、30.307°、35.700°、37.345°、43.393°、53.843°、57.402°、63.043°、71.539°、74.609°、75.622°、79.631°分別對(duì)應(yīng)是的立方尖晶石相ZnGa2O4的[111]、[220]、[311]、[222]、[400]、[422]、[511]、[440]、[531]、[620]、[533]、[622]和[444]晶面特征峰，與ZnGa2O4標(biāo)準(zhǔn)卡片PDF#38-1240基本對(duì)應(yīng)，有少許峰未對(duì)應(yīng)是由于純相ZnGa2O4未經(jīng)煅燒處理，晶面未發(fā)育完整。由此可以推測(cè)確實(shí)生成了ZnGa2O4，并沒有雜相出現(xiàn)。由圖2可以看出不同摻雜量下制備的所有樣品均是ZnGa2O4的純相，少量Cr3+的摻雜并不影響的晶體結(jié)構(gòu)。圖3為不同摻雜量下ZnGa2-xCrxO4的UV-vis DRS譜圖。由圖3可知，ZnGa2O4樣品在在200～300 nm的紫外區(qū)具有明顯吸收，在高于300 nm時(shí)吸光度下降，表明ZnGa2O4吸收邊帶在300 nm左右。當(dāng)Cr摻入ZnGa2O4中，ZnGa2-xCrxO4的UV-vis DRS漫反射譜在紫外區(qū)吸收有明顯的增強(qiáng)，由于ZnGa2O4的帶隙之間形成了摻雜能級(jí)從而使吸收邊帶發(fā)生紅移，縮小了ZnGa2-xCrxO4樣品的禁帶寬度。利用切線方法來(lái)確定各個(gè)樣品的吸收截止邊λ0，可知ZnGa2-xCrxO4(x=0.0%、0.6%、0.8%、1.0%、1.5%、2.0%）的吸收波長(zhǎng)為326 nm、370 nm、343 nm、361nm、361 nm和378 nm，通過(guò)公式Eg=1240/λ0計(jì)算禁帶寬度，分別計(jì)算可得3.80、3.36、3.61、3.44、3.44和3.28 eV。計(jì)算可知，Cr摻雜縮小了ZnGa2O4的禁帶寬度，增大了樣品的光響應(yīng)范圍，提高光能的利用率，改善了ZnGa2O4的催化活性，其中，摻雜量為1.0%的ZnGa2O4樣品的禁帶寬度最小，光催化活性最好。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]催化劑對(duì)TiO2薄膜性能的影響[J]. 陳倩,劉濤. 榆林學(xué)院學(xué)報(bào). 2011(06)
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[4]ZnWO4∶Er3+,Yb3+納米棒的制備及發(fā)光性能[J]. 楊魁勝,白旭,高艷敏,翟海青,曹陽(yáng). 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2010(06)
[5]ZnCoO和ZnO納米棒陣列的結(jié)構(gòu)及發(fā)光特性[J]. 李敏,劉艷美,王維娜. 安徽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(03)
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[8]鋱含量對(duì)硫氧化釔納米發(fā)光材料熒光性能的影響[J]. 陳紅衛(wèi),耿陽(yáng). 化學(xué)研究. 2007(01)
[9]納米銅粒子的熱穩(wěn)定性研究[J]. 劉偉,鄧曉燕,張志焜. 理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)). 2004(02)
本文編號(hào)：3433917
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