MFe2O4(M=Zn、Co、Ni)/CdS纳米花球的制备及其光催化性能

2021-12-09梅益成刘志英徐炎华李忠玉

南京工业大学学报(自然科学版) 2021年6期

邵敏,梅益成,刘志英,徐炎华,李忠玉,4,徐松

(1.南京工业大学土木工程学院,江苏南京 211800;2.常州大学环境与安全工程学院,江苏常州 213164;3.南京工业大学环境科学与工程学院,江苏南京 211800;4.常州大学先进催化与绿色制造协同创新中心,江苏常州 213164;5.常州大学石油化工学院江苏省绿色催化材料与技术重点实验室,江苏常州 213164)

近年来,随着社会经济的快速增长,能源短缺和环境污染问题已经成为制约可持续发展的关键因素。光催化技术凭借其二次污染少、催化活性高以及操作方便等优点,被认为是一种高效、绿色和有前景的解决方案。半导体光催化剂可以有效地利用太阳光,分解水产氢、降解有机物以及将CO2转化为可再生燃料,具有广阔的应用前景[1-4]。目前,常用的可见光半导体光催化材料有AgPO4[5]、Ag3VO4[6]、Bi2WO6[7]、Bi2MoO6[8]、Fe2O3[9]、CdS[10]。

CdS是一种具有较窄带隙(2.4 eV)的直接带隙半导体,可以吸收波长<520 nm的太阳光,广泛应用于光催化领域。但是,光生电子-空穴对的快速重组,导致了CdS光催化效率低下和光腐蚀现象的发生。为了克服这些缺陷,常将CdS与能带结构不同的半导体材料进行复合,形成异质结,如CeO2/CdS[11]、TiO2/CdS[12]、ZnFe2O4/CdS[13]、SnO2/CdS[14]、BiPO4/CdS[15]、MoS2/CdS[16],以促进电子-空穴对的分离和转移,从而提高其光催化活性。Wang等[12]采用水热法合成介孔锐钛矿型TiO2/CdS中空微球,对可见光激发产生的光生电子和空穴能够有效地分离,100 min内对罗丹明B和苯酚的去除率分别为94%和85%,表现出优异的光催化活性;Fang等[13]将ZnFe2O4纳米颗粒负载到CdS纳米棒上形成异质结,在可见光照射下催化还原Cr(Ⅵ),取得了较好的效果,120 min的还原效率为90%。侯美顺等[17]将p-NiFe2O4窄带隙半导体与n-CdS宽带隙半导体复合,制备光催化剂p-NiFe2O4/n-CdS,在固定床微反应器中降解亚甲基蓝(MB),并探讨了NiFe2O4质量分数、流速、MB溶液初始浓度和pH对降解性能的影响,结果表明复合光催化剂对MB的降解率达88.5%,是CdS的1.8倍。

尖晶石铁氧体在光、热、电、磁等方面表现出许多新奇的特性,近年来受到人们的普遍关注[18-20]。铁氧体化学性质稳定,利于磁性分离,而且禁带宽度窄,可以响应可见光。但单独使用却效率低下,因而多采用改性、掺杂或与其他半导体材料复合的方法来提高其光催化效率[21-22]。

本文采用水热法将MFe2O4(M=Zn、Co、Ni) 铁氧体纳米颗粒负载于CdS纳米花球(CdS NSPs)的表面,形成MFe2O4(M=Zn、Co、Ni)/CdS复合材料,探索其结构和光学性质,并以染料孔雀石绿(MG)和MB为降解对象考察其光催化性能。