Cr 3+ 掺杂对ZnGa 2 O 4 光催化性能影响的研究
发布时间：2021-10-13 04:07
试验以Ga（NO3）3·9H2O、Zn（NO3）2·6H2O、Cr（NO3）3·9H2O、Na3C6H5O7·2H2O为原料,采用水热法制备Cr3+掺杂ZnGa2O4。通过XRD、TEM对样品的结构和形貌进行表征,通过UV-vis DRS、PL对样品进行光学性能表征,利用紫外-可见光分度计测试罗丹明B的吸光度变化情况对样品进行光催化性能检测。研究掺杂量、煅烧温度、保温时间对ZnGa2O4的影响,试验结果表明,最佳制备条件为:Cr3+掺杂量1.0%、煅烧温度700℃、保温时间8 h。最佳条件下ZnGa1.99Cr0.01
【文章来源】：中国陶瓷. 2020,56(01)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同Cr3+掺杂量条件下ZnGa2O4的光催化降解RhB图
图4是室温下Cr-ZnGa2O4样品在254 nm波长激发下的发射光谱，ZnGa2O4基质在430 nm处出现宽带发射峰，属于ZnGa2O4的特征发射峰，来源于正常八面体中Ca-O键之间Ga3+与周围O2-之间发生跃迁。由图4可知，对比ZnGa2-xCrxO4(x=0.6%、0.8%、1.0%、1.5%、2.0%)五个掺杂比例，随着掺杂量的增加，发光强度降低，相对荧光强度为其中ZnGa1.99Cr0.01O4<ZnGa1.992Cr0.008O4<ZnGa1.98Cr0.02O4<ZnGa1.995Cr0.015O4<ZnGa1.994Cr0.006O4,ZnGa1.99Cr0.01O4的发光强度最低，说明在此掺杂量下，在ZnGa2O4晶格中电子-空穴分离率高，从而提高了光催化效果。图中第二峰的出现是由于Cr3+对光本身具有吸收，完全吸收后发生电荷分离产生光生电子，产生的电子有两个途径:一是光生电子和空穴发生复合用于发光；二是光生电子和空穴分离，电子发生跃迁用于光催化。第二个峰的出现是由于光生电子与空穴复合用于发光，从而导致光催化性能下降。2.2 煅烧温度对ZnGa1.99Cr0.01O4性能的影响
图2是不同掺杂量下ZnGa2-xCrxO4的XRD谱图。ZnGa2O4试样衍射峰峰位的2θ值为18.423°、30.307°、35.700°、37.345°、43.393°、53.843°、57.402°、63.043°、71.539°、74.609°、75.622°、79.631°分别对应是的立方尖晶石相ZnGa2O4的[111]、[220]、[311]、[222]、[400]、[422]、[511]、[440]、[531]、[620]、[533]、[622]和[444]晶面特征峰，与ZnGa2O4标准卡片PDF#38-1240基本对应，有少许峰未对应是由于纯相ZnGa2O4未经煅烧处理，晶面未发育完整。由此可以推测确实生成了ZnGa2O4，并没有杂相出现。由图2可以看出不同掺杂量下制备的所有样品均是ZnGa2O4的纯相，少量Cr3+的掺杂并不影响的晶体结构。图3为不同掺杂量下ZnGa2-xCrxO4的UV-vis DRS谱图。由图3可知，ZnGa2O4样品在在200～300 nm的紫外区具有明显吸收，在高于300 nm时吸光度下降，表明ZnGa2O4吸收边带在300 nm左右。当Cr掺入ZnGa2O4中，ZnGa2-xCrxO4的UV-vis DRS漫反射谱在紫外区吸收有明显的增强，由于ZnGa2O4的带隙之间形成了掺杂能级从而使吸收边带发生红移，缩小了ZnGa2-xCrxO4样品的禁带宽度。利用切线方法来确定各个样品的吸收截止边λ0，可知ZnGa2-xCrxO4(x=0.0%、0.6%、0.8%、1.0%、1.5%、2.0%）的吸收波长为326 nm、370 nm、343 nm、361nm、361 nm和378 nm，通过公式Eg=1240/λ0计算禁带宽度，分别计算可得3.80、3.36、3.61、3.44、3.44和3.28 eV。计算可知，Cr掺杂缩小了ZnGa2O4的禁带宽度，增大了样品的光响应范围，提高光能的利用率，改善了ZnGa2O4的催化活性，其中，掺杂量为1.0%的ZnGa2O4样品的禁带宽度最小，光催化活性最好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]催化剂对TiO2薄膜性能的影响[J]. 陈倩,刘涛. 榆林学院学报. 2011(06)
[2]改性纳米二氧化钛的探讨[J]. 阳小宇,蔡青云,杨丽霞,刘绍欢. 山东化工. 2010(07)
[3]中国环境污染与经济发展水平的关系研究[J]. 周泽辉,赵娜. 中国城市经济. 2010(06)
[4]ZnWO4∶Er3+,Yb3+纳米棒的制备及发光性能[J]. 杨魁胜,白旭,高艳敏,翟海青,曹阳. 无机化学学报. 2010(06)
[5]ZnCoO和ZnO纳米棒阵列的结构及发光特性[J]. 李敏,刘艳美,王维娜. 安徽大学学报(自然科学版). 2010(03)
[6]之字形β-Ga2O3纳米材料的合成和表征[J]. 王月辉,刘璐,田宏燕,解莹,王红蕾,王东军. 河北科技师范学院学报. 2010(01)
[7]Cd2+掺杂ZnWO4纳米棒的合成和光致发光性能研究[J]. 曹广胜,季佳秀,王洪伟,董承武. 无机化学学报. 2009(07)
[8]铽含量对硫氧化钇纳米发光材料荧光性能的影响[J]. 陈红卫,耿阳. 化学研究. 2007(01)
[9]纳米铜粒子的热稳定性研究[J]. 刘伟,邓晓燕,张志焜. 理化检验(物理分册). 2004(02)
本文编号：3433917
【文章来源】：中国陶瓷. 2020,56(01)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同Cr3+掺杂量条件下ZnGa2O4的光催化降解RhB图
图4是室温下Cr-ZnGa2O4样品在254 nm波长激发下的发射光谱，ZnGa2O4基质在430 nm处出现宽带发射峰，属于ZnGa2O4的特征发射峰，来源于正常八面体中Ca-O键之间Ga3+与周围O2-之间发生跃迁。由图4可知，对比ZnGa2-xCrxO4(x=0.6%、0.8%、1.0%、1.5%、2.0%)五个掺杂比例，随着掺杂量的增加，发光强度降低，相对荧光强度为其中ZnGa1.99Cr0.01O4<ZnGa1.992Cr0.008O4<ZnGa1.98Cr0.02O4<ZnGa1.995Cr0.015O4<ZnGa1.994Cr0.006O4,ZnGa1.99Cr0.01O4的发光强度最低，说明在此掺杂量下，在ZnGa2O4晶格中电子-空穴分离率高，从而提高了光催化效果。图中第二峰的出现是由于Cr3+对光本身具有吸收，完全吸收后发生电荷分离产生光生电子，产生的电子有两个途径:一是光生电子和空穴发生复合用于发光；二是光生电子和空穴分离，电子发生跃迁用于光催化。第二个峰的出现是由于光生电子与空穴复合用于发光，从而导致光催化性能下降。2.2 煅烧温度对ZnGa1.99Cr0.01O4性能的影响
图2是不同掺杂量下ZnGa2-xCrxO4的XRD谱图。ZnGa2O4试样衍射峰峰位的2θ值为18.423°、30.307°、35.700°、37.345°、43.393°、53.843°、57.402°、63.043°、71.539°、74.609°、75.622°、79.631°分别对应是的立方尖晶石相ZnGa2O4的[111]、[220]、[311]、[222]、[400]、[422]、[511]、[440]、[531]、[620]、[533]、[622]和[444]晶面特征峰，与ZnGa2O4标准卡片PDF#38-1240基本对应，有少许峰未对应是由于纯相ZnGa2O4未经煅烧处理，晶面未发育完整。由此可以推测确实生成了ZnGa2O4，并没有杂相出现。由图2可以看出不同掺杂量下制备的所有样品均是ZnGa2O4的纯相，少量Cr3+的掺杂并不影响的晶体结构。图3为不同掺杂量下ZnGa2-xCrxO4的UV-vis DRS谱图。由图3可知，ZnGa2O4样品在在200～300 nm的紫外区具有明显吸收，在高于300 nm时吸光度下降，表明ZnGa2O4吸收边带在300 nm左右。当Cr掺入ZnGa2O4中，ZnGa2-xCrxO4的UV-vis DRS漫反射谱在紫外区吸收有明显的增强，由于ZnGa2O4的带隙之间形成了掺杂能级从而使吸收边带发生红移，缩小了ZnGa2-xCrxO4样品的禁带宽度。利用切线方法来确定各个样品的吸收截止边λ0，可知ZnGa2-xCrxO4(x=0.0%、0.6%、0.8%、1.0%、1.5%、2.0%）的吸收波长为326 nm、370 nm、343 nm、361nm、361 nm和378 nm，通过公式Eg=1240/λ0计算禁带宽度，分别计算可得3.80、3.36、3.61、3.44、3.44和3.28 eV。计算可知，Cr掺杂缩小了ZnGa2O4的禁带宽度，增大了样品的光响应范围，提高光能的利用率，改善了ZnGa2O4的催化活性，其中，掺杂量为1.0%的ZnGa2O4样品的禁带宽度最小，光催化活性最好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]催化剂对TiO2薄膜性能的影响[J]. 陈倩,刘涛. 榆林学院学报. 2011(06)
[2]改性纳米二氧化钛的探讨[J]. 阳小宇,蔡青云,杨丽霞,刘绍欢. 山东化工. 2010(07)
[3]中国环境污染与经济发展水平的关系研究[J]. 周泽辉,赵娜. 中国城市经济. 2010(06)
[4]ZnWO4∶Er3+,Yb3+纳米棒的制备及发光性能[J]. 杨魁胜,白旭,高艳敏,翟海青,曹阳. 无机化学学报. 2010(06)
[5]ZnCoO和ZnO纳米棒阵列的结构及发光特性[J]. 李敏,刘艳美,王维娜. 安徽大学学报(自然科学版). 2010(03)
[6]之字形β-Ga2O3纳米材料的合成和表征[J]. 王月辉,刘璐,田宏燕,解莹,王红蕾,王东军. 河北科技师范学院学报. 2010(01)
[7]Cd2+掺杂ZnWO4纳米棒的合成和光致发光性能研究[J]. 曹广胜,季佳秀,王洪伟,董承武. 无机化学学报. 2009(07)
[8]铽含量对硫氧化钇纳米发光材料荧光性能的影响[J]. 陈红卫,耿阳. 化学研究. 2007(01)
[9]纳米铜粒子的热稳定性研究[J]. 刘伟,邓晓燕,张志焜. 理化检验(物理分册). 2004(02)
本文编号：3433917
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