研究目的
开发一种具有磁可回收性的CaTiO3/还原氧化石墨烯/NiFe2O4纳米复合材料,用于模拟太阳光照射下增强染料降解的光催化活性。
研究成果
CaTiO3/rGO/NiFe2O4纳米复合材料在模拟太阳光下对染料降解表现出显著增强的光催化活性,这归因于rGO促进的高效电荷分离。其铁磁性使其易于磁回收,并在多次循环中显示出良好的可重复使用性。这项工作为开发用于环境修复的可回收光催化剂提供了有前景的方法。
研究不足
纳米复合材料的光催化活性可能因NiFe2O4含量过量导致电荷复合加剧而降低。该研究聚焦于实验室条件下的染料降解,未涉及复杂废水环境中的实际应用。大规?;蛄魈逑抵械拇欧掷牖厥招噬形雌拦?。
1:实验设计与方法选择:
采用聚丙烯酰胺凝胶法制备CaTiO3和NiFe2O4纳米颗粒,再通过水热法将其组装到还原氧化石墨烯(rGO)上。通过模拟太阳光照射下降解亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(RhB)评估光催化活性。表征技术包括XRD、SEM、TEM、FTIR、UV-vis、XPS、BET、PL、VSM、光电流响应和EIS。
2:样品选择与数据来源:
CaTiO3和NiFe2O4纳米颗粒由化学前驱体(如Ca(NO3)2·4H2O、Ti(OC4H9)4、Ni(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O)合成。以氧化石墨烯为原料制备rGO。染料溶液(MB和RhB)初始浓度为5 mg·L?1。
3:2O、Ti(OC4H9)Ni(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O)合成。以氧化石墨烯为原料制备rGO。染料溶液(MB和RhB)初始浓度为5 mg·L?1。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括200 W氙灯(PLS-SXE 300,北京普析通用仪器)、UV-vis分光光度计(TU-1901,北京普析通用仪器)、电化学工作站(CHI 660E,上海辰华)、XRD(D8 Advance,布鲁克AXS)、SEM(JSM-6701F,日本电子)、TEM(JEM-1200EX,日本电子)、FTIR光谱仪(IFS 66v/S,布鲁克)、VSM(Lake Shore 7410)、XPS(PHI-5702,物理电子)、BET分析仪(ASAP 2020,麦克默瑞提克)、荧光分光光度计(岛津RF-6000)。材料包括酒石酸、葡萄糖、丙烯酰胺、乙醇等化学品及染料。
4:0)、XPS(PHI-5702,物理电子)、BET分析仪(ASAP 2020,麦克默瑞提克)、荧光分光光度计(岛津RF-6000)。材料包括酒石酸、葡萄糖、丙烯酰胺、乙醇等化学品及染料。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:纳米复合材料制备时,先通过聚丙烯酰胺凝胶法合成CaTiO3和NiFe2O4纳米颗粒(溶解前驱体、调节pH、加热、干燥、煅烧)。随后将氧化石墨烯分散于乙醇水溶液,与纳米颗?;旌?,在130°C下水热处理3小时。产物经离心收集、洗涤、干燥。光催化测试包括将光催化剂加入染料溶液,避光搅拌至吸附-解吸平衡,模拟太阳光照射,定时取样,离心后通过UV-vis吸光度测定染料浓度。循环测试采用磁分离、洗涤并重新分散于新鲜染料溶液。
5:数据分析方法:
光催化降解率计算公式为(C0 - Ct)/C0 × 100%。动力学分析采用一级方程ln(C0/Ct) = kapp t。EIS数据通过ZSimDemo软件用等效电路模型拟合。带隙能量通过UV-vis光谱的一阶导数曲线估算。
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Xenon Lamp
PLS-SXE 300
Beijing Perfectlight Technology Co. Ltd.
Used as a simulated sunlight source for photocatalytic experiments.
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UV-Vis Spectrophotometer
TU-1901
Beijing Purkinje General Instrument Co. Ltd.
Used to measure the absorbance of dye solutions for concentration determination.
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Electrochemical Workstation
CHI 660E
Shanghai Chenhua Instrument Co. Ltd.
Used for measuring photocurrent responses and electrochemical impedance spectra.
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X-ray Diffractometer
D8 Advance
Bruker AXS
Used to examine the phase purity and crystal structure of samples.
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Scanning Electron Microscope
JSM-6701F
JEOL Ltd.
Used to observe the morphology of the samples.
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Transmission Electron Microscope
JEM-1200EX
JEOL Ltd.
Used for detailed morphological and elemental analysis of the nanocomposite.
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FTIR Spectrometer
IFS 66v/S
Bruker
Used to measure Fourier transform infrared spectra for chemical bonding analysis.
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Vibrating Sample Magnetometer
Lake Shore 7410
Lake Shore
Used to test the magnetic hysteresis loop of the samples.
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X-ray Photoelectron Spectrometer
PHI-5702
Physical Electronics
Used to measure chemical composition and chemical state of elements.
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BET Analyzer
ASAP 2020
Micromeritics Instrument Corporation
Used to test BET surface area and pore size distribution via N2 adsorption-desorption.
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Fluorescence Spectrophotometer
RF-6000
Shimadzu
Used to record photoluminescence spectra of the samples.
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