自然科学研究

碳掺杂 ZnFe2O4 复合光催化材料的制备及其光催化性能研究

郑文礼 (河北民族师范学院 物理与电子工程学院), 马蕾 (河北民族师范学院 物理与电子工程学院), 宋安宁 (河北民族师范学院 物理与电子工程学院), 李帅 (河北民族师范学院 物理与电子工程学院), 胡超越 (河北民族师范学院 物理与电子工程学院), 赵彬茹 (河北民族师范学院 物理与电子工程学院), 张钰瑾 (河北民族师范学院 物理与电子工程学院), 解冬梅 (河北民族师范学院 物理与电子工程学院), 孙宇航 (河北民族师范学院 物理与电子工程学院), 张恒强 (河北民族师范学院 化学与化工学院)

摘要


针对传统废水处理工艺效率低、成本高的问题，以乙酸锌、硝酸铁为金属前驱体，葡萄糖为碳源，采用一锅水热法，在350?℃煅烧条件下，通过调控煅烧时间（1?h、2?h、3?h、4?h、5?h）制备系列碳掺杂锌铁氧体C/ZnFe?O?（记为1-C/ZFO、2-C/ZFO、3-C/ZFO、4-C/ZFO、5-C/ZFO）复合光催化材料。利用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）、比表面积与孔隙度测试（BET）对样品微观形貌、元素组成、晶体结构和孔结构开展表征；以罗丹明B（RhB）为模拟有机污染物，在可见光条件下评价各样品光催化降解性能。结果表明，煅烧时间显著影响碳掺杂量、微观形貌、比表面积及孔隙结构。3-C/ZFO（煅烧3?h）样品分散性最优，多孔结构发达，比表面积达到106.08?m2/g，孔体积0.441?cm3/g；碳以无定形形式均匀掺杂进入ZnFe?O?体系，未破坏 ZnFe?O?立方尖晶石晶体结构。可见光照射120?min时，3-C/ZFO对罗丹明B降解率可达91.6%，明显优于其余样品。高比表面积带来丰富吸附位点，同时碳掺杂引入缺陷能级作为电荷捕获中心，抑制光生载流子复合，二者协同提升光催化降解效率。煅烧时间过长会造成碳被氧化烧除、颗粒团聚、孔道塌陷，催化活性下降。

关键词


一锅水热法；ZnFe?O?；碳掺杂；光催化；罗丹明B

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参考


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DOI: https://doi.org/10.33142/nsr.v3i3.20391

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