SEO2 4차 Cu2의 제조를 위해 손쉬운 전구체인 에탄올 용액이 사용되었습니다. ZnSnSe4 (CZTSe) 나노플레이트. 단분산된 단상 CZTSe 나노플레이트는 손쉬운 원 포트 열 화학 방법에 의해 성공적으로 준비되었습니다. 준비된 CZTSe 나노플레이트는 ~ 1.4eV의 밴드갭으로 균일한 형태를 보여줍니다. 개념 증명으로 CZTSe 나노 플레이트는 로다민 B 염료 분해를 위한 가시광 구동 광촉매로 사용되었으며 높은 광촉매 활성과 안정성을 보여줍니다. 우수한 염료 제거는 주로 CZTSe 나노플레이트의 효율적인 광 활용에 기인합니다.
<섹션 데이터-제목="배경">자연수에 함유된 화학적 오염물질은 환경에 대한 심각한 손상으로 인해 많은 관심을 받고 있으며, 이에 대한 유망한 해결책으로 태양에너지를 이용한 반도체 기반 광촉매 분해 기술이 고려되고 있다[1]. 그러나 TiO2와 같은 일반적인 광촉매 및 ZnO는 자외선(UV) 빛만 흡수할 수 있습니다. 실제로 태양 에너지의 약 50%는 주로 가시광선 영역에 집중되어 있는 반면 자외선은 태양 스펙트럼의 4% 미만을 차지합니다[2]. 가시광선을 활용하고 광촉매 활성을 향상시키기 위해 다양한 효율적인 광촉매가 탐색되고 유기 안료 분해, 물 분해 및 태양 전지 흡수제에 적용되었습니다[3]. 여러 광촉매 중에서 Cu2와 같은 구리 기반 3원 및 4원 칼코게나이드 반도체 SNS3 , CuInx Ga1-x Se2 , Cu2 ZnSnS4 , 큰 흡수 계수(> 10 4 )와 뛰어난 광전자 특성으로 인해 광범위한 관심을 받았습니다. cm −1 ), 우수한 안정성 및 적절한 밴드갭 에너지(1.0–1.5 eV)[4,5,6,7,8,9].
Cu2 ZnSnSe4 (CZTSe) 저렴하고, 무독성이며, 지구에 풍부한 구성 요소를 갖는 나노결정 및 박막이 최근에 광범위하게 조사되었습니다[8, 10,11,12,13,14,15]. 그러나 나노플레이트 형태 연구와 관련된 몇 가지 보고서가 있습니다[16, 17]. Hot-injection과 one-pot 열화학법은 일반적으로 CZTSe 나노구조의 합성에 적용된다[18,19,20,21]. 그러나 이러한 방법에 사용되는 Se 전구체는 비싸고 독성이 있거나 불안정합니다. 여기서 SeO2를 용해시키는 용이한 Se 전구체 이 연구에서 에탄올 분말이 개발되었습니다.
여기, 우리는 손쉬운 Se 전구체를 사용하여 CZTSe 나노 플레이트 합성의 원 포트 열 화학 방법을보고합니다. CZTSe 나노플레이트의 가시광 구동 광촉매 활성 및 재활용 성능을 조사했습니다. CZTSe 나노플레이트는 폐수 처리에 잠재력이 있습니다.
이 작업에 사용된 모든 화학물질은 알라딘에서 구입하여 직접 사용했습니다. 일반적으로 1.0mmol Cu(acac)2 , 0.5mmol Zn(OAc)2 ·2H2 O, 0.5mmol SnCl2 ·2H2 O 및 2.0mmol Seo2 4mL 에탄올에 용해된 용액을 100mL 3구 플라스크의 20mL 올레일아민(OLA)에 첨가했습니다. 혼합물을 130°C에서 1시간 동안 탈기하고, 30분 동안 Ar로 퍼지한 다음, 1시간 동안 280°C로 가열했습니다. 나노플레이트를 5분 동안 8000rpm에서 원심분리하여 헥산 및 에탄올로 3회 세척했습니다. 흑색 분말을 수집하고 진공 하에 60°C에서 건조했습니다. 광촉매 반응 전에 나노플레이트를 Na2로 친수성 처리했습니다. S는 장쇄 OLA 리간드를 제거합니다[8].
Cu Kα 방사선(40kV, 100mA) 및 라만 분광계(Inviareflex, Renishaw, UK)를 사용하는 분말 X선 회절(XRD, D/max 2200, Rigaku, Japan)을 514nm 레이저와 결합하여 분석했습니다. 샘플의 단계. 투과전자현미경(TEM, JEM-2100F, JEOL., Japan) 및 주사전자현미경(SEM, Quatan 250FEG, FEI, USA) 측정을 수행하여 샘플의 형태를 특성화하였다. CZTSe 나노플레이트 분말과 Rhodamine B(RhB) 수용액의 UV-vis 흡수 스펙트럼은 적분구와 큐벳(Lambda, Perkin Elmer, USA)을 사용하여 UV/vis 분광계에서 각각 기록되었습니다.
CZTSe 나노플레이트의 가시광 구동 광촉매 활성은 주변 온도에서 RhB 수용액(10mg/L)의 광분해에 의해 평가되었습니다. 420nm 차단 필터가 장착된 300W Xe 램프를 가시광선으로 사용했습니다. 일반적으로 50mg의 광촉매를 100mL의 RhB 수용액에 첨가했습니다. 조사 전에 흡착-탈착 평형을 보장하기 위해 용액을 암실에서 12시간 동안 계속 교반했습니다. Beer-Lambert 법칙에 따라 분해율을 계산하기 위해 554nm에서 UV-vis 분광계로 잔류 RhB의 농도를 일련의 시간 간격으로 모니터링했습니다.
그림 1a에서 XRD 패턴에서 준비된 CZTSe 샘플의 모든 회절 피크는 Cu2의 정방정계 케스테라이트 구조에 명확하게 기인할 수 있습니다. ZnSnSe4 (JCPDS No. 70-8930). 27.1°, 45.1°, 53.5°, 65.8° 및 72.5°에서의 회절 피크는 (112), (204), (312)/(116), (400)/(008) 및 (332)로 인덱싱될 수 있습니다. ) 각각 CZTSe. 그림 1b와 같이 순수한 상을 확인하기 위해 라만 산란을 추가로 적용했습니다. Raman 스펙트럼의 3개 피크는 CZTSe 나노플레이트의 순수 상을 확인하고 Cux의 다른 이원상은 확인하지 않습니다. Se 및 ZnSe(262 및 252cm의 주요 피크 −1 , 각각) 및 Cu2의 삼원상 SnSe3 (180cm의 주요 피크 −1 )가 관찰된다. 따라서 XRD와 Raman 결과 모두 2차 상을 나타내지 않아 CZTSe 나노플레이트의 순수한 4차 상을 시사합니다.
<사진>
아 XRD 패턴 및 b CZTSe 나노플레이트의 라만 스펙트럼
그림 2는 합성된 CZTSe 나노플레이트의 SEM, TEM 및 고해상도 TEM(HRTEM) 이미지를 보여줍니다. 그림 2a에서 CZTSe 샘플이 플레이트와 같은 균일한 형태를 가짐을 관찰할 수 있습니다. 그림 2b에서 계산된 CZTSe 나노플레이트의 평균 크기는 ~ 210nm이며, 이는 SEM 관찰과 잘 일치합니다. 그림 2b의 삽입에 표시된 선택 영역 전자 회절 패턴(SAED)은 나노플레이트의 높은 결정화를 나타냅니다. 그림 2c는 주로 정렬된 결정 구조와 CZTSe의 (112)에 인덱스된 0.33nm 면간 d-간격을 표시하는 나노플레이트의 HRTEM 이미지를 보여줍니다.
<그림>
아 SEM 이미지. ㄴ TEM 이미지(삽입:SAED 패턴). ㄷ CZTSe 나노플레이트의 HRTEM 이미지
UV-vis 흡수 스펙트럼은 CZTSe 나노플레이트의 광학적 특성을 나타냅니다. 도 3a에서 CZTSe 나노플레이트가 전체 가시광선 영역 흡수 성능을 가짐을 알 수 있다. 밴드갭은 다음 방정식에서 계산할 수 있습니다. αhν =A (hv−E g ) 1/2 , 여기서 A , α , h , v , 및 E g 는 각각 상수, 흡수계수, 판상수, 광주파수, 밴드갭이다. 그림 3b에서 얻은 CZTSe 나노플레이트의 밴드갭은 ~ 1.4eV로, 양자 구속 효과로 인해 CZTSe 벌크보다 약간 더 큽니다[9].
<그림>
아 UV-vis 흡수 스펙트럼 및 b CZTSe 나노플레이트의 밴드갭
준비된 CZTSe 나노플레이트의 광촉매 활성은 가시광선 영역에서 RhB 수용액의 광분해로 평가됩니다. 그림 4a에서 ~ 90% RhB가 120분 이내에 광분해됨을 알 수 있습니다. 광촉매의 안정성과 재사용성은 분해되는 생태 오염 물질의 적용에 중요한 역할을 합니다. 따라서 5회의 사이클 실험을 수행하였고 그 결과를 Fig. 4b에 나타내었다. CZTSe 나노 플레이트는 사이클 테스트에서 높은 광분해 활성을 유지하여 광촉매 반응에서 높은 안정성을 나타냅니다. 광산화 과정은 주로 수산기 라디칼(•OH), 슈퍼옥사이드 라디칼(•O2 - ) 및 구멍(h + ). E CB 및 E VB 의 CZTSe는 E의 표준 산화환원 전위보다 더 부정적입니다. θ (O2 /•O2 - ) 및 E θ (H2 O/•OH), •O2 - 오히려 •OH가 광촉매 과정에서 생성될 수 있습니다. 주요 활성 종을 추가로 확인하기 위해 O2 제거를 위해 Ar(Ar), ammonium oxalate(AO), tert-butanol(TBA) 및 benzoquinone(BQ)을 적용했습니다. , h + , •OH 및 •O2 - , 각각. 상응하는 소광제(0.1mmol)가 있는 반응 시스템을 120분 동안 조명하고 그 결과를 도 4c에 나타내었다. O2 광산화 과정에서 필요하며 드물게 •OH가 생성되며 둘 다 •O2 - 및 h + 활동종이다. •O2 - h + 보다 더 중요한 역할을 합니다. 더 날카로운 분해 효율은 트래핑 후 감소합니다. 그림 4d는 광촉매 반응 과정의 가능한 메커니즘을 보여줍니다. 전자는 조명 아래에서 가전자대(VB)에서 전도대(CB)로 여기됩니다. 광 생성된 전자는 O2에 의해 포착됩니다. •O2를 형성하기 위해 수용액에서 - , 산화성이 높고 RhB를 무기 제품으로 분해할 수 있습니다. 동시에 구멍은 산화제로 직접 기능합니다. 따라서 가시광선 구동 광촉매 활성은 CZTSe 나노플레이트의 가시광선을 최대한 활용하여 달성됩니다.
<그림>
아 RhB 분해. ㄴ 사이클 테스트. ㄷ RhB의 분해 효율에 대한 다양한 소광제의 효과. d 광촉매 분해 과정의 계획
SEO2 4차 CZTSe 나노플레이트의 제조에 손쉬운 전구체로서 에탄올 용액이 사용되었습니다. 단분산 CZTSe 나노 플레이트는 손쉬운 원 포트 열 화학 방법으로 성공적으로 준비되었습니다. 개념 증명으로, CZTSe 나노플레이트는 RhB 염료 분해를 위한 가시광선 반응 광촉매로 사용되었습니다. 효율적인 염료 제거는 주로 CZTSe 나노플레이트의 효율적인 광 활용에 기인합니다.
나노물질
초록 본 연구에서는 고압증기멸균기에서 아미드화 반응을 통해 아미노 하이퍼브랜치 폴리머(HBP)-그라프트된 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유를 제조하였다. 준비된 PAN-G-HBP 섬유는 Ag+를 복합화할 수 있습니다. 아미노 HBP의 아미노 그룹을 통해, 그리고 뜨거운 증기 조건에서 Ag+ HBP의 환원성을 통해 Ag0로 전환될 수 있습니다. PAN-G-HBP 및 Ag 나노입자(NPs) 코팅된 섬유는 FTIR, UV-VIS DRS, FE-SEM, EDS, XPS 및 항균 측정을 통해 특성화되었습니다. FTIR 결과 HBP가 PAN
초록 나노기술은 과학의 모든 분야에서 중요한 응용으로 가장 유망한 연구 분야가 되었습니다. 최근 몇 년 동안, 산화주석은 나노미터 범위에서 이 물질의 합성으로 개선된 매혹적인 특성으로 인해 엄청난 주목을 받았습니다. 오늘날 주석 산화물 나노 입자를 생산하기 위해 수많은 물리적 및 화학적 방법이 사용됩니다. 그러나 이러한 방법은 고가이고 높은 에너지를 필요로 하며 합성 과정에서 다양한 유독성 화학물질을 사용한다. 인간의 건강 및 환경적 영향과 관련된 증가된 우려는 생산을 위한 비용 효율적이고 환경 친화적인 공정의 개발로 이어졌습니다
