メチレンブルー色素との比較光触媒活性と吸着ダイナミクスのためのZnOナノ構造の前駆体と時間依存的な形態進化

Precursor- and Time-Dependent Morphological Evolution of ZnO Nanostructures for Comparative Photocatalytic Activity and Adsorption Dynamics with Methylene Blue Dye.

• Smriti Thakur
• Sanjay K Mandal

抄録

多様なZnOナノ構造が正常に1次元Zn（II）配位高分子前駆体、すなわち、[Zn（bpma）（adc）]、[Zn（bpea）（adc）]、および{[Zn（bpta）（adc）]-2HO}の直接アニーリングによって700℃で作製されました。前駆体に存在する犠牲配位子の効果だけでなく、それらの合成中の保持時間の変化（6〜24時間）は、ZnOの0次元ナノスフェアー、1次元マイクロロッド、および3次元多面体（ダイヤモンドのような構造を持つ）をもたらしました。このようにして合成されたZnOナノ構造は、電界放出型走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、X線回折法、拡散反射分光法、ラマン分光法によって特徴づけられた。すべてのZnO試料について六方晶結晶構造が確認された。0.26nmの格子間隔が多面体のために観察されているのに対し、0.22nmの格子間隔がナノスフェアのために観察されている。彼らのラマンスペクトルは、ZnOのウルツァイト相を確認します。ZnOナノ構造のUV-VISスペクトルは、350〜370 nmの範囲内で広いピークを示し、バンドギャップエネルギーは3.02〜3.20 eVの範囲内であることが判明した。12時間焼成したZnOナノ構造のフォトルミネッセンススペクトル光触媒活性に基づいて、水溶液中の汚染物質としてメチレンブルー（MB）でテストした。これらの結果は、多面体の光触媒効率がナノスフェアーやマイクロロッドよりも高いことを示している。これらのナノ構造体によるMB色素の吸着速度を、3つの異なる速度モデル-Elovich's,intraparticle,pseudo-second-orderによって研究した。最大吸着速度は粒子内拡散モデルで観測された。

Diverse ZnO nanostructures were successfully fabricated at 700 °C by direct annealing of 1D Zn(II) coordination polymer precursors, namely, [Zn(bpma)(adc)] , [Zn(bpea)(adc)] , and {[Zn(bpta)(adc)]·2HO} . The effect of sacrificial ligands present in the precursors as well as a variation in the retention time (6-24 h) during their synthesis resulted in 0D nanospheres, 1D microrods, and 3D polyhedra (with a diamond-like structure) of ZnO. The as-synthesized ZnO nanostructures were characterized by field-emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffractometry, diffuse reflectance spectroscopy, and Raman spectroscopy. The hexagonal crystal structure was confirmed for all the ZnO samples. A lattice spacing of 0.22 nm has been observed for nanospheres, whereas a lattice spacing of 0.26 nm has been observed for the polyhedra. Their Raman spectra confirm the wurtzite phase of ZnO. UV-vis spectra of ZnO nanostructures exhibit broad peaks in the range of 350-370 nm, and the band gap energies are found to be in the range of 3.02-3.20 eV. Based on the photoluminescence spectra photocatalytic activities of the as-synthesized ZnO nanostructures calcined for 12 h were tested with methylene blue (MB) as a contaminant in an aqueous solution. These results demonstrate that the photocatalytic efficiency of polyhedra is higher than those of nanospheres and microrods. The adsorption kinetics of MB dye by these nanostructures were studied by three different kinetic models-Elovich's, intraparticle, and pseudo-second-order. The maximum rate of adsorption was observed with the intraparticle diffusion model.

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