研究目的
采用微波辅助法研究具有高光活性的ZnSe及ZnSe:Mn纳米片与微花结构的合成与表征。
研究成果
本文报道了一种简单、经济高效的一步微波辅助溶剂热法合成三维花状ZnSe和ZnSe:Mn纳米材料。通过微波辐照的溶剂热法,在仅15-25分钟内成功制备出未掺杂和Mn2+掺杂的ZnSe纳米片及微花状纳米晶。研究表明,与相同条件下常规加热方法相比,该微波辅助溶剂热法可获得尺寸更小、比表面积更高的ZnSe和ZnSe:Mn纳米晶。采用XRD、SEM、TEM、DR UV-Vis、FT-IR、XPS、AAS和BET等技术对所得纳米晶的形貌和光学性能进行了表征。测试了所制ZnSe和ZnSe:Mn纳米晶在紫外光照射下降解甲基橙的光催化性能,其中6%Mn掺杂量的ZnSe:Mn纳米晶在紫外光下对MO降解表现出光催化活性。
研究不足
光催化剂在水介质中长期连续光催化反应中的稳定性和可循环利用性有待提高。
1:实验设计与方法选择
ZnSe:Mn和ZnSe纳米晶的合成在Magnum II微波反应器(ERTEC,波兰)中进行,使用Teflon容器,最大功率为600 W,频率为2.45 GHz。该过程的热力学参数(如功率、反应温度和压力)通过Magnum V2软件控制。
2:样品选择与数据来源
六水合硝酸锌(Zn(NO3)2?10H2O)(≥99%,Sigma-Aldrich)、亚硒酸钠(Na2SeO3)(99%,Sigma-Aldrich)、四水合乙酸锰(Mn(CH3COO)2?4H2O)(99%,Sigma-Aldrich)、乙二胺(NH2CH2CH2NH2)(≥98%,Carlo Erba)、甲基橙(染料含量85%,Sigma-Aldrich)、蒸馏水。所有化学品均未经进一步纯化直接使用。
3:实验设备与材料清单
微波反应器Magnum II(ERTEC,波兰)、Teflon容器、布鲁克D8 Phaser X射线衍射仪、日立TM 3000 Denton真空扫描电镜(带EDS分析)、FEI Tecnai Osiris S/TEM透射电镜、麦克默瑞提克ASAP 2020比表面积分析仪、尼高力6700傅里叶变换红外光谱仪、配备氘卤素DH-2000-BAL光源的HR2000仪器、堀场Fluorolog-3荧光光谱仪、爱丁堡FLS920荧光光谱仪、BLACK-Comet-SR紫外-可见分光光度计(StellarNet公司)、配备半球形XPS和AES带电粒子分析仪的ESCAPrevac光谱仪(VG Scienta R3000)、珀金埃尔默370光谱仪(配Lumina空心阴极灯系列Lumina?2)、X波段布鲁克ELEXSYS-580光谱仪、光电光谱仪(波兰光子学研究所)。
4:实验步骤与操作流程
典型ZnSe:Mn合成步骤:将2.5 mmol六水合硝酸锌、2.5 mmol亚硒酸钠和0.125 mmol四水合乙酸锰溶解于Teflon容器内的乙二胺(20 mL)与蒸馏水(2:1 v/v)混合溶液中,室温搅拌10分钟。随后将容器置于微波反应器中,按设定温度230-240°C(对应压力23-26 bar)加热15-25分钟。反应混合物在反应容器内冷却至室温约10分钟,离心后用蒸馏水洗涤两次,最后在40°C真空烘箱中干燥18小时。
5:数据分析方法
采用布鲁克D8 Phaser X射线衍射仪(CuKα辐射,λ=1.5406 ?,扫描范围5-80°,步速0.1°)分析晶体结构;日立TM 3000 Denton真空扫描电镜(带EDS)观察纳米晶形貌、尺寸及元素分布;FEI Tecnai Osiris S/TEM进行透射电镜测试;麦克默瑞提克ASAP 2020在77 K下测定比表面积;尼高力6700 FT-IR研究纳米晶表面配体;HR2000仪器(配氘卤素光源,BaSO4标准)获取漫反射紫外-可见光谱;堀场Fluorolog-3表征发射与激发光谱;爱丁堡FLS920测量荧光寿命;BLACK-Comet-SR记录光催化降解有机染料样品的紫外-可见光谱;ESCAPrevac光谱仪(配半球形XPS/AES分析仪)进行X射线光电子能谱分析;原子吸收光谱法测定锰含量;X波段布鲁克ELEXSYS-580光谱仪(室温,以DMPO为自由基捕获剂)记录电子顺磁共振谱;光电光谱仪(波兰光子学研究所,含150W氙弧灯、单色仪及P-IF 4.0恒电位仪)进行光电化学表征。
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获取完整内容-
SEM microscope
Hitachi TM 3000 Denton Vacuum
Hitachi
Used to examine the morphology, dimensions and EDS analyses of the NCs.
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TEM measurements
FEI Tecnai Osiris S/TEM
FEI
Used for transmission electron microscopy measurements.
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Atomic absorption spectroscopy
Perkin Elmer 370 spectrometer
Perkin Elmer
Used to determine the content of manganese elements in samples.
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Electron paramagnetic resonance
X-band Bruker ELEXSYS-580 spectrometer
Bruker
Used to record the electron paramagnetic resonance (EPR) spectra.
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X-ray diffractometer
Bruker D8 Phaser Diffractometer
Bruker
Used to investigate the crystallographic structure of samples.
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Microwave reactor
Magnum II
ERTEC
Used for the synthesis of ZnSe and ZnSe:Mn nanocrystals under microwave irradiation.
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Micromeritics ASAP 2020 instrument
ASAP 2020
Micromeritics
Used to measure the specific surface area of the ZnSe and ZnSe:Mn NCs.
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FT-IR spectroscopy
Nicolet 6700 FT-IR
Nicolet
Used to study the presence of ligands on the surface of the NCs.
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Spectrofluorometer
Fluorolog-3
Horiba
Used to characterize emission and excitation of the ZnSe and ZnSe:Mn NCs.
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UV-Vis spectrometer
BLACK-Comet-SR
StellarNet Inc.
Used to record UV-Vis spectra of samples in photocatalytic degradation of organic dye.
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X-ray photoelectron spectra
ESCAPrevac spectrometer
VG Scienta
Used to carry out X-ray photoelectron spectra.
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Photoelectric spectrometer
P-IF 4.0 potentiostat
Instytut Fotonowy
Used for photoelectrochemical characterization.
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