Flexibel fotokatalytisch papier met Cu2O en Ag met nanodeeltjes gedecoreerde ZnO-nanostaafjes voor zichtbaar licht Fotodegradatie van organische kleurstof

Abstract

We rapporteren over de fabricage van flexibel fotokatalytisch papier bestaande uit Cu₂ O en Ag nanodeeltjes (NP) versierde ZnO nanostaafjes (NRs) en de toepassing ervan in zichtbaar licht fotodegradatie van organische kleurstof. ZnO NR's worden eerst gekweekt op een substraat van kraftpapier met behulp van een hydrothermische methode. De NR's worden vervolgens versierd met Cu₂ O, Ag of beide NP's gevormd door fotoreductieprocessen. Scanning-elektronenmicroscopie en röntgendiffractie-analyse bevestigen de kristalliniteit van ZnO-NR's. Transmissie-elektronenmicroscopie-analyse bevestigt de samenstelling van de twee soorten NP's. Vier verschillende soorten fotokatalytisch papier met een afmeting van 10 × 10 cm² worden bereid en gebruikt om een 10-μM en 100 ml rhodamine B-oplossing af te breken. Het papier met Cu₂ O en Ag NP-co-versierde ZnO NR's hebben de beste efficiëntie met eerste-orde kinetische constanten van 0,017 en 0,041 min⁻¹ onder de verlichting van respectievelijk een halogeenlamp en direct zonlicht. De prestaties van het fotokatalytische papier zijn goed te vergelijken met die van andere substraatondersteunde ZnO-nanocomposietfotokatalysatoren. Met de voordelen van flexibiliteit, lichtgewicht, niet-toxiciteit, lage kosten en gemakkelijke fabricage, heeft het fotokatalytische papier een goed potentieel voor fotokatalyse in zichtbaar licht.

Inleiding

Metaaloxide-nanomaterialen hebben de afgelopen twee decennia veel onderzoeksinteresse gekregen vanwege hun wijdverbreide toepassingen in fotonica, elektronica, energie, detectie, milieubescherming, enzovoort [1,2,3,4,5,6]. Onder hen zijn rapporten over ZnO-nanomaterialen bijzonder overvloedig geweest vanwege het gemak van groei en morfologiecontrole [1, 2]. Fotokatalyse met behulp van substraat-ondersteunde ZnO-nanostaafjes (NR's) voor fotodegradatie van organische kleurstof is een potentieel belangrijke toepassing [2, 7, 8]. ZnO NR's bieden de voordelen van geschikte energiebandposities, niet-toxische aard, groeigemak, lage kosten, enz. Het gebruik van substraatondersteunde nanomaterialen vermijdt ook een scheidingsproces na kleurstofafbraak in vergelijking met het gebruik van gedispergeerde nanomaterialen.

De afbraak van organische kleurstoffen is te wijten aan het sterke oxiderende vermogen van hydroxylradicalen, en de vorming van hydroxylradicalen is gebaseerd op de volgende vergelijkingen [7, 8]:

$$ {\mathrm{OH}}^{-}+{h}^{+}\to {}^{\bullet}\mathrm{O}\mathrm{H} $$ (1) $$ {\mathrm {H}}_2\mathrm{O}+{h}^{+}\to {\mathrm{H}}^{+}+{}^{\bullet}\mathrm{O}\mathrm{H} $ $ (2) $$ {\mathrm{O}}_2+{e}^{-}\to {\mathrm{O}}_2^{\bullet -} $$ (3) $$ {\mathrm{O} }_2^{\bullet -}+{\mathrm{H}}^{+}\to {\mathrm{H}\mathrm{O}}_2^{\bullet } $$ (4) $$ {\mathrm {O}}_2^{\bullet -}+{\mathrm{H}}^{+}+{\mathrm{H}\mathrm{O}}_2^{\bullet}\to {\mathrm{H} }_2{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{O}}_2 $$ (5) $$ {\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2+{e}^{-}\to {}^{\bullet}\mathrm{O}\mathrm{H}+{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-} $$ (6)

Omdat ZnO een halfgeleider met brede bandafstand is, is een veelgebruikte benadering om de NR's te versieren met halfgeleidernanodeeltjes met smalle bandafstand (NP's) om de lichtabsorptie naar het zichtbare bereik te vergroten. Edelmetalen NP's zijn ook voor hetzelfde doel gebruikt vanwege de sterke absorptie van zichtbaar licht veroorzaakt door het plasmonische effect [9]. Een ander belangrijk punt van zorg is dat recombinatie van fotogegenereerde elektron-gatparen een hoog ZnO-gehalte heeft en dat onderdrukking van recombinatie cruciaal is voor fotokatalyse [7]. De NR- en NP-heterojunctie-interface vergemakkelijkt de scheiding van ladingen en verbetert zo de fotokatalyse. Rapporten van ZnO NR's versierd met verschillende soorten NP's (of als alternatief genoemd als nanocomposiet) zoals ZnSe [10], Ag₂ S [11], CdS [11,12,13], CuO [14], Cu₂ O [15, 16], ZnFe₂ O₄ [17], Ag [16, 18, 19] en Au [12, 20] zijn overvloedig aanwezig in de literatuur.

Voor fotokatalyse van zichtbaar licht lijkt het redelijk om de ZnO NR's met de bovengenoemde NP's in een grote hoeveelheid te versieren om een hoge efficiëntie te bereiken. Overmatige decoratie van halfgeleider- of edelmetaal-NP's met smalle bandafstand heeft echter nadelige effecten om de volgende redenen. Ten eerste hebben gaten in een halfgeleider met smalle bandafstand gewoonlijk niet voldoende energie om hydroxide-ionen (zie vergelijking (1)) of watermoleculen (zie vergelijking (2)) te oxideren tot hydroxylradicalen. (Reductiepotentialen van chemische reacties voor de vorming van hydroxylradicalen zullen later worden genoemd.) Ten tweede produceert de plasmonische effect-geïnduceerde zichtbare absorptie van een edelmetaal NP alleen hoogenergetische elektronen, maar geen gaten. De vorming van hydroxylradicalen door elektronen vereist een reeks chemische reacties (zie vergelijking (3) tot vergelijking (6)) en is niet zo efficiënt als gaten. Ten derde is de aanwezigheid van defecten in ZnO NR's gebruikelijk [21], en de defecten zijn in staat om zichtbaar licht te absorberen [22]. De door foto gegenereerde gaten als gevolg van defectabsorptie in ZnO hebben voldoende energie om hydroxylradicalen te genereren.

Daarom lijkt gelijktijdige decoratie met zowel smalbandige halfgeleider- als edelmetaal-NP's een rationele benadering om een hoog rendement te bereiken. Er zijn tot nu toe weinig werken gerapporteerd en er is inderdaad een hogere fotodegradatie-efficiëntie bereikt in vergelijking met enkele decoratie [12, 16]. De voordelen van gelijktijdige decoratie zijn naar verluidt een verbeterde absorptie van zichtbaar licht van de halfgeleider-NP's en een snellere elektronenoverdracht in het ternaire nanocomposiet, beide toegeschreven aan het plasmonische effect van edelmetaal-NP's [12].

Voor praktische toepassingen is het wenselijk om ZnO NR's op flexibele substraten te kweken. De groei van ZnO NR's op plastic substraten is goed bestudeerd [23, 24]. In de afgelopen jaren begint de groei van ZnO NR's op papiersubstraten onderzoeksaandacht te trekken [25,26,27,28,29] omdat het papier flexibel, lichtgewicht, goedkoop, milieuvriendelijk en gemakkelijk te verwerken is. Rapporten over de groei van met NP versierde ZnO NR's op papiersubstraten zijn echter zeldzaam. Bovendien zijn eerder gerapporteerde werken aan ZnO-NR's die op papiersubstraten zijn gekweekt meestal gerelateerd aan elektronica en detectie [25,26,27,28] en zeer weinig gerelateerd aan fotokatalyse [29]. In het huidige werk rapporteren we over de oplossingsgroei van Cu₂ O en Ag NP-versierde ZnO NR's op papier. Goede fotokatalytische prestaties van het fotokatalytische papier worden geverifieerd door de afbraak van een rhodamine B (RhB) -oplossing.

Methoden

Groei van ZnO-NR's op papier

ZnO NR's werden gekweekt op een substraat van kraftpapier met behulp van de hydrothermische methode [1, 2, 7]. Eerst werd een ZnO-zaadoplossing bereid met een gemengde oplossing van 10 mM zinkacetaat en 3 mM natriumhydroxide (zowel in ethanol als volumeverhouding 1:2) verwarmd op 72 °C gedurende 3 uur. Ten tweede werd de zaadoplossing gegoten op een 10 × 10 cm² kraftpapiersubstraat verwarmd tot 90 °C om een ZnO-zaadlaag te vormen. Ten derde werd het papieren substraat met de ZnO-zaadlaag ondergedompeld in een oplossing van 25 mM zinknitraat en 25 mM hexamethyleentetramine (HMTA, C₆ H₁₂ N₄ ) (zowel in gedeïoniseerd water als volumeverhouding 1:1) en gedurende 7 uur in een gesloten container op 95 °C verwarmd. Het papiersubstraat werd uit de oplossing verwijderd, meerdere keren gespoeld met gedeïoniseerd water en gedroogd met stikstofgas.

Decoratie van Cu₂ O en Ag NP's op ZnO NR's

Voor oppervlaktedecoratie met Cu₂ O NP's, een NR-papiersubstraat werd ondergedompeld in een 0,1 mM CuSO₄ oplossing en onderworpen aan ultraviolette (UV) bestraling van drie 1-W en 254-nm lampen gedurende 1,5 h bij 60 °C. Voor oppervlaktedecoratie met Ag NP's werd een NR-papiersubstraat ondergedompeld in een 50 mM AgNO₃ oplossing en onderworpen aan UV-straling gedurende 1 min. De creaties van Cu₂ O en Ag NP's zijn gebaseerd op de volgende chemische reacties:

$$ \mathrm{ZnO}+ h\nu \to \mathrm{ZnO}+{h}^{+}+{e}^{-} $$ (7) $$ {\mathrm{Cu}}^{ 2+}+2{e}^{-}\naar \mathrm{Cu} $$ (8) $$ {\mathrm{Cu}}^{2+}+\mathrm{Cu}+{\mathrm{H }}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{Cu}}_2\mathrm{O}+2{\mathrm{H}}^{+} $$ (9) $$ {\mathrm{Ag}} ^{+}+{e}^{-}\naar \mathrm{Ag} $$ (10) $$ 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+4{h}^{+}\ tot 4{\mathrm{H}}^{+}+{\mathrm{O}}_2 $$ (11)

Na oppervlaktedecoratie werd het papieren substraat verschillende keren gespoeld met gedeïoniseerd water en gedroogd onder stikstofgas. Voor decoratie met beide soorten NP's, de Cu₂ O decoratie werd eerst gerealiseerd en daarna de Ag decoratie. Er werden vier verschillende soorten fotokatalytisch papier vervaardigd en aangeduid als ZnO, Cu₂ O/ZnO, Ag/ZnO en Ag/Cu₂ O/ZnO.

Fotokatalytische meting

De fotokatalytische activiteit werd geëvalueerd door een RhB-oplossing van 100 ml, 10 μM (~ -4,8 ppm) onder de verlichting van een halogeenlamp van 300 W af te breken. Het gebruikte fotokatalytische papier werd eerst gedurende 1 uur in een RhB-oplossing in het donker ondergedompeld en een nieuwe oplossing werd gebruikt voor fotodegradatie. Een kleine motor werd gebruikt om de oplossing te roeren. Tijdens fotodegradatie werd elke 10 min een druppel van 50 L genomen. Absorptiespectra van de druppels die op verschillende tijdstippen werden verzameld, werden gemeten met behulp van een optische microscoop uitgerust met een glasvezelverbonden Si-fotodiodearray-spectrometer.

Resultaten en discussie

Afbeelding 1a toont foto's van een 10 × 10 cm² kraftpapier en het papier met as-grown ZnO NR's. Het bruine kraftpapier wordt grijs nadat ZnO NR's op het papier zijn gegroeid. Het papier is meerdere keren herhaaldelijk opgerold om een cilindrisch oppervlak te vormen (met een straal van ongeveer 2 cm), en er worden geen scheuren gevonden die het verlies van NR's aantonen wanneer het papier wordt onderzocht met een optische microscoop. Figuur 1b is een scanning elektronenmicroscopie (SEM) afbeelding van het ZnO-papier. Figuur 1c is een SEM-afbeelding van de ZnO NR's. De NR's hebben een zeshoekige vorm met diameters tussen 50 en 300 nm. SEM-afbeeldingen van Cu₂ O/ZnO, Ag/ZnO en Ag/Cu₂ O / ZnO NR's worden respectievelijk getoond in Fig. 1 d, e en f. Een kleine hoeveelheid Cu₂ O en Ag NP's zijn te zien op de NR-oppervlakken.

een Foto's van een kraftpapier-substraat (links) en het papier met als volwassen ZnO-NR's (rechts). b SEM-afbeeldingen van het ZnO NR-papier. c –f SEM-beelden van ZnO, Cu₂ O/ZnO, Ag/ZnO en Ag/Cu₂ O/ZnO NR's, respectievelijk

De energiedispersieve spectroscopie (EDS) spectra van de Cu₂ O/ZnO, Ag/ZnO en Ag/Cu₂ O / ZnO NR's worden respectievelijk getoond in Fig. 2a-c. De overeenkomstige elementen met betrekking tot de pieken zijn ook aangegeven. Zn- en O-pieken zijn zoals verwacht de dominante pieken in de spectra. Pt-pieken zijn van metaalcoating bij het maken van SEM-beelden. Cu-pieken, die dicht bij de Zn-pieken liggen, zijn te zien in Fig. 2a, wat wijst op de aanwezigheid van koperoxide. Een Ag-piek is te zien in figuur 2b, wat wijst op de aanwezigheid van zilver of zilveroxide. Cu- en Ag-pieken zijn beide te vinden in Fig. 2c, wat het succes van co-decoratie aangeeft.

a–c EDS-spectra van de Cu₂ O/ZnO, Ag/ZnO en Ag/Cu₂ O/ZnO NR's, respectievelijk

Figuur 3a is een transmissie-elektronenmicroscopie (TEM)-afbeelding van een Ag/Cu₂ O/ZnO NR. TEM-beelden met hoge resolutie van een Cu₂ O en een Ag NP worden respectievelijk getoond in Fig. 3 b en c. Fourier-transformatiepatronen van de Cu₂ O en de Ag NP worden respectievelijk onthuld in Fig. 3 d en e. In Fig. 4a is bepaald dat de $ \left(2\kern0.5em \overline{1}\kern0.5em 1\right) $ interplanaire afstand 0,179 nm is, wat consistent is met de (2 1 1) afstand van 0,174 nm voor Cu₂ O in de Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) kaartbestanden. In Fig. 4b wordt bepaald dat de $ \left(1\kern0.5em \overline{1}\;\overline{1}\right) $ interplanaire afstand 0,236 nm is, wat consistent is met de (1 1 1) afstand van 0,236 nm voor Ag in de JCPDS-kaartbestanden. Het is dus bevestigd dat beide soorten NP's worden gevormd op het NR-oppervlak.

een Een TEM-beeld van een Ag/Cu₂ O/ZnO NR. b , c TEM-beelden met hoge resolutie van een Cu₂ O en een Ag NP, respectievelijk. d , e Fourier-transformatiepatronen van de Cu₂ O en de Ag NP, respectievelijk

een , b TEM-beelden met hoge resolutie van een Cu₂ O NP en een Ag NP, respectievelijk

Figuur 5a is een röntgendiffractiepatroon van als gegroeid ZnO NR's. De sterke pieken vallen samen met karakteristieke pieken van ZnO, die een goede kristalliniteit van de NR's bevestigen. Figuur 5b is een röntgendiffractiepatroon van Cu₂ O/ZnO NR's. Het is vergelijkbaar met Fig. 5a, en diffractiepieken van Cu₂ O kan niet worden waargenomen. Dit kan redelijkerwijs worden toegeschreven aan de kleine hoeveelheid NP's op het NR-oppervlak, zoals te zien is in figuur 3a. Figuur 5b bevestigt ook dat de kristalliniteit van ZnO behouden blijft na het fotoreductieproces. Figuur 5c toont de röntgenfoto-emissiespectroscopie (XPS) van de Cu₂ O/ZnO NR's. De pieken die overeenkomen met Cu⁺ duidelijk zichtbaar is, wat de vorming van Cu₂ . bevestigt O NP's. Er zijn ook pieken die overeenkomen met Cu²⁺ met een kleinere intensiteit, wat hoogstwaarschijnlijk te wijten is aan resterend CuSO₄ of vorming van CuO NP's.

een , b Röntgendiffractiepatronen van als gegroeid ZnO en Cu₂ O/ZnO NR's. c Een XPS-spectrum van Cu₂ O/ZnO NR's

Figuur 6 toont de fotoluminescentie (PL) spectra van de vier fotokatalytische papieren. De spectra vertonen een sterke piek van bandgap-emissie rond 400 nm en een kleinere piek rond 470 nm, wat gerelateerd is aan defecte emissie van zuurstofvacatures [22]. De PL-intensiteiten van de drie NP-versierde ZnO NR-papieren zijn minder dan die van het ZnO NR-papier. Dit komt voornamelijk door twee effecten. De eerste is de verbeterde ladingsscheiding na de toevoeging van NP's, die de recombinatie van fotogegenereerde elektronen en gaten vermindert. De tweede is de absorptie van het uitgezonden licht door de NP's. Het Ag/ZnO-papier heeft een lagere PL-intensiteit dan het Cu₂ O/ZnO-papier. De werkfunctie van Ag-kristal is ongeveer 4,5~4,7 eV en er wordt een Schottky-overgang gevormd tussen Ag en ZnO [9]. De junctie is effectief voor ladingsscheiding en als resultaat is de PL-intensiteit van het Ag/ZnO-papier dus lager. Verder is de PL-intensiteit van de Ag/Cu₂ O/ZnO-papier is het kleinste, wat verwacht wordt omdat het twee soorten NP's heeft en daardoor de beste ladingsscheiding.

PL-spectra van de vier fotokatalytische papiersoorten

De absorptiespectra van de RhB-oplossing als functie van de tijd (met een interval van 10 minuten) als gevolg van de fotokatalyse van het ZnO en Ag/Cu₂ O / ZnO-papier onder de verlichting van een halogeenlamp worden respectievelijk getoond in Fig. 7 a en b. Bij 80 min zijn de resterende RhB-concentraties respectievelijk ongeveer 35% en 16% van de oorspronkelijke waarde. De verhoudingen van de concentratie C _t tot de beginconcentratie C ₀ als functie van de tijd voor de vier fotokatalytische papieren zijn uitgezet op een logaritmische schaal in figuur 7c. De fotodegradatieresultaten kunnen worden aangepast aan de eerste-orde kinetische vergelijking C _t = C ₀ exp(−kt ), waar t is de tijd en k de eerste-orde constante. Met behulp van lineaire aanpassing met de kleinste kwadraten zijn de aangepaste constanten 0,013, 0,016, 0,019 en 0,022 min⁻¹ voor ZnO, Cu₂ O/ZnO, Ag/ZnO en Ag/Cu₂ O/ZnO-papieren, respectievelijk.

een , b Absorptiespectra van de RhB-oplossing als functie van de tijd (met een interval van 10 minuten) als gevolg van de fotokatalyse van het ZnO en het Ag/Cu₂ O/ZnO-papieren, respectievelijk. c Percelen van ln(C _t /C ₀ ) voor het ZnO-papier in het donker en de vier fotokatalytische papieren onder het licht. d Percelen van ln(C _t /C ₀ ) voor de Ag/Cu₂ O/ZnO-papier onder de verlichting van een halogeenlamp en direct zonlicht

Een deel van de gemeten kleurstofafbraak is te wijten aan kleurstofabsorptie door het papier. De concentratieverandering veroorzaakt door het ZnO-papier in het donker wordt ook getoond in Fig. 7c, en de kinetische constante is 0,005 min⁻¹ . Na aftrek van de absorptieconstante van de gemeten constanten, zijn de gecorrigeerde kinetische constanten van fotodegradatie 0,008, 0,011, 0,014 en 0,017 min⁻¹ voor de vier fotokatalytische papiersoorten. Inderdaad, de Ag/Cu₂ O/ZnO-papier vertoont de beste efficiëntie en de verbeteringen van de kinetische constante ten opzichte van de andere drie papiersoorten zijn respectievelijk ongeveer 113%, 55% en 21%. De Ag/Cu₂ O/ZnO-papier (dezelfde als eerder gebruikt) is ook getest onder direct zonlicht. (De testlocatie was op 120,99° E en 24,79° N. De testdatum was om 12.00 uur in juli met een temperatuur van ongeveer 32 °C. De lichtintensiteit was rond AM 1,0.) De resultaten zijn uitgezet in Fig. 7d samen met de halogeenlampresultaten ter vergelijking. De aangepaste kinetische constante is 0,041 min⁻¹ (na uitsluiting van het fysieke absorptie-effect), en de waarde is ongeveer 2,4 keer de kinetische constante die wordt verkregen door de halogeenlamp te gebruiken.

In de TEM-afbeelding in Fig. 3a zijn er maar een paar Cu₂ O en Ag NP's op een ZnO NR. Het aantal NP's kan eenvoudig worden verhoogd door een langere fotoreductietijd te gebruiken. De SEM-afbeeldingen van Ag / ZnO-NR's met verschillende reductietijden van 1, 1,5, 2 en 2 min worden getoond in Fig. 8. In Fig. 8a zijn er slechts enkele Ag NP's op de ZnO NR's bij de reductietijd van 1 min. De hoeveelheid Ag NP's neemt snel toe wanneer de reductietijd enigszins wordt verlengd tot 1, 5 min, zoals weergegeven in figuur 8b. Uiteindelijk zijn de ZnO-NR's bedekt met Ag NP's wanneer de reductietijd wordt verhoogd tot 2 min, zoals weergegeven in figuur 8d. Als gevolg hiervan kan de fotoreductietijd worden gebruikt als een effectieve parameter voor het regelen van de hoeveelheid Ag NP's.

a–d SEM-afbeeldingen van Ag/ZnO-NR's met fotoreductietijden van respectievelijk 1, 1,5, 2 en 2,5 min

In Fig. 7c vertoont het Ag/ZnO-papier een betere efficiëntie dan het Cu₂ O/ZnO-papier. Dit komt overeen met het PL-resultaat dat wordt getoond in Fig. 6, wat aangeeft dat het Ag / ZnO-papier een lagere PL-intensiteit heeft en dus een betere ladingsscheiding. Het kan echter ook worden verklaard door rekening te houden met de energieband van Cu₂ O. Hydroxylradicalen zijn verantwoordelijk voor kleurstofafbraak en worden gegenereerd door de oxidatie van hydroxide-ionen via Vgl. (1) of watermoleculen door Vgl. (2). De energiebanddiagrammen van ZnO en Cu₂ O en de standaard reductiepotentialen voor de twee reacties worden getoond in Fig. 9. De werkfuncties van ZnO en Cu₂ O zijn respectievelijk 4,3 en 3,2 eV, en de bandgap-energieën zijn respectievelijk 3,2 en 2,1 eV. De standaard reductiepotentialen (ten opzichte van de standaard waterstofelektrode (SHE), die 4,44 V onder het vacuümniveau is) zijn E ^o (^• OH/OH⁻ ) = 2.02 V en E ^o (^• OH/H₂ O) = 2,72 V, respectievelijk. Daarom fotogenereerde gaten in Cu₂ O heb niet genoeg energie om deel te nemen aan de bovenstaande twee reacties. Aan de andere kant verbeteren Ag NP's de absorptie van zichtbaar licht in ZnO en hebben de door foto gegenereerde gaten in ZnO voldoende energie om hydroxylradicalen te produceren. Als resultaat vertoont het Ag/ZnO-papier een betere efficiëntie dan het Cu₂ O/ZnO-papier.

De energiebanddiagrammen van ZnO en Cu₂ O en de standaard reductiepotentialen voor Vgl. (1) en (2). Het reductiepotentieel is relatief aan SHE, wat 4,44 eV onder het vacuümniveau is

Tabel 1 toont een vergelijking van de prestaties van de Ag/Cu₂ O/ZnO-papier met recent gerapporteerde substraatondersteunde NP-versierde ZnO-NR's voor fotodegradatie van RhB-oplossing. Hoewel de experimentele omstandigheden in deze werken aanzienlijk verschillen, is de redelijke efficiëntie van het fotokatalytische papier duidelijk. Gezien de voordelen van flexibiliteit, lichtgewicht, niet-toxiciteit, lage kosten en gemak van fabricage en opschaling, heeft het huidige fotokatalytische papier een goed potentieel voor effectieve afbraak van organische kleurstofverontreinigende stoffen en andere fotokatalytische toepassingen.

Conclusies

In deze studie werd de fabricage van fotokatalytisch papier bestaande uit Cu₂ O en Ag NP-versierde ZnO NRs wordt gerapporteerd. De ZnO NR's worden gekweekt op een substraat van kraftpapier met behulp van een hydrothermische methode, gevolgd door decoratie met Cu₂ O, Ag of beide NP's met behulp van fotoreductieprocessen. SEM- en röntgendiffractie-analyse bevestigen dat de NR's een goede kristalliniteit bezitten. TEM-analyse bevestigt de samenstelling van de twee soorten NP's. Vier verschillende soorten fotokatalytisch papier met een afmeting van 10 × 10 cm² worden bereid en gebruikt voor de fotodegradatie van RhB-oplossing (10 M en 100 mL). Onder de verlichting van een halogeenlamp van 300 W, de eerste-orde kinetische constanten voor ZnO en Ag/Cu₂ O/ZnO-papieren zijn 0,008 en 0,017 min⁻¹ , respectievelijk. In direct zonlicht kan de Ag/Cu₂ O/ZnO-papier bereikt een kinetische constante van 0,041 min⁻¹ . De prestaties van de Ag/Cu₂ O / ZnO-fotokatalytisch papier is goed te vergelijken met andere door substraat ondersteunde ZnO-nanocomposietfotokatalysatoren. Met de voordelen van flexibiliteit, lichtgewicht, niet-toxiciteit, lage kosten, gemakkelijke fabricage en redelijke efficiëntie, heeft het fotokatalytische papier een goed potentieel voor het verminderen van organische kleurstofvervuiling en andere fotokatalytische toepassingen met zichtbaar licht.