Получение полых сфер CuS, легированных Zn²⁺, путем одностадийного синтеза и его фотокаталитические свойства в видимом свете

Abstract

В настоящее время фотокаталитические технологии очистки воды широко используются в зеленой энергетике и характеризуются высоким прикладным значением. Актуальным направлением в этой области является получение эффективных фотокатализаторов с помощью простых и экологически чистых способов. В этом исследовании предложен технологически простой, недорогой и экологически чистый метод получения CuS сфер легированных Zn²⁺. Отличительной чертой данного метода является его одностадийность и низкая температура синтеза, позволяющая получить фотокализатор на основе CuS сфер с равномерно распределенными Zn²⁺ ионами. Морфология, структура и химический состав полученных продуктов исследованы растровой электронной и просвечивающей микроскопией, а также методами рентгеноструктурного анализа. Установлено, что введение Zn²⁺ в CuS приводит к образованию ловушек носителей заряда, которые ускоряют перенос электронов на поверхность катализатора, что значительно увеличивает скорость отклика на облучение видимым светом, но при этом снижается скорость рекомбинации электронно-дырочных пар. С учетом большой удельной поверхности CuS сфер происходит рост количества поверхностно-активных адсорбирующих центров, что увеличивает эффективность фотокатализа. Установлено, что введение Zn²⁺ в CuS приводит к увеличению скорости катализа до 0,04736 мин⁻¹, что в 12 раз больше, в сравнении с нелегированным CuS = At present, photocatalytic water treatment technology has important potential application value in the field of green energy. It is very attractive to prepare efficient photocatalysts by simple and green methods. In this study, a simple, low temperature, low cost and green low temperature water bath stirring method was designed to synthesize the well-dispersed Zn²⁺-doped CuS hollow sphere photocatalyst in one step. The morphology, structure and composition of the obtained products were examined by field emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and X-ray diffraction. Zn²⁺ doping forms carrier traps, which improve the transfer rate of electrons to the surface of the catalyst, significantly enhance its visible light response, and reduce the recombination rate of electron holes. Combined with the special interconnection channel and large specific surface area of the hollow sphere structure, it provides more surface active sites for adsorption and makes photocatalysis more efficient. The reaction rate of the prepared hollow spherical Zn²⁺-doped CuS catalyst reached 0,04736 min⁻¹, which was 12 times that of pure CuS.