ZnO@Zn/TiO<sub>2</sub>三维阵列材料的制备及光电催化性能研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0546

摘要/Abstract

摘要：

本研究采用阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列（TNTs），并通过方波脉冲电沉积法将Zn单质层沉积到TNTs上，经过表面氧化，成功制得具有三维阵列结构的ZnO@Zn/TNTs纳米复合材料。以场发射电子显微镜（FE-SEM）、透射电镜（TEM）、X-射线衍射仪（XRD）等测试手段研究样品的表面形貌、结构和物相组成；借助各种电化学技术探究ZnO@Zn/TNTs的光电化学性能。测试结果表明ZnO@Zn/TNTs光电催化性能好，对亚甲基蓝的降解率达到86%，其光电催化降解速率常数为TNTs的1.65倍。

关键词: 氧化锌, 二氧化钛, 光电催化, 脉冲沉积法

Abstract:

In this study，TiO₂ nanotube arrays（TNTs） were prepared by anodic oxidation method，and Zn layer was deposited on TNTs by square wave pulse electrodeposition method. After surface oxidation，three-dimensional ZnO@Zn/TNTs nanocomposites with array structure were successfully prepared. The surface morphology，structure，and phase composition of the samples were investigated by field emission electron microscopy（FE-SEM），transmission electron microscopy（TEM） and X-ray diffraction（XRD）. The electrochemical technology was used to explore the photo-electrochemical properties of ZnO@Zn/TNTs nanocomposites. The experimental results showed that the degradation rate of methylene blue catalyzed by ZnO@Zn/TNTs was 86%，and the rate constant of photo‑electrocatalytic degradation was 1.65 times of that of TNTs.

Key words: ZnO, TiO₂, photo?electrocatalysis, pulse deposition method

中图分类号:

O643.3

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I2/130

图/表 11

图1 ZnO@Zn/TNTs光催化原理

Fig. 1 Schematic of ZnO@Zn/TNTs photocatalysis

图2 ZnO@Zn/TNTs的光电催化装置

Fig. 2 Photo-electrochemical device of ZnO@Zn/TNTs

图3 ZnO@Zn/TNTs的XRD

Fig. 3 XRD pattern of ZnO@Zn/TNTs

图4 不同沉积电流密度下制备的ZnO@Zn/TNTs的扫描电镜（a）空白TNTs （b） 100 mA/cm²（c） 150 mA/cm² （d） 200 mA/cm²

Fig.4 SEM of ZnO@Zn/TNTs under different current density

图5 ZnO@Zn/TNTs的透射电镜图（a）透射电镜图（b）高倍透射电镜图（c）选区电子衍射图

Fig.5 Transmission electron microscope of ZnO@Zn/TNTs

图6 ZnO@Zn/TNTs的紫外-可见漫反射光谱

Fig. 6 Ultraviolet-visible diffuse reflection spectrum of ZnO@Zn/TNTs

图7 ZnO@Zn/TNTs的莫特-肖特基图

Fig. 7 Mott-Schottky diagram of ZnO@Zn/TNTs

图8 ZnO@Zn/TNTs对亚甲基蓝的光电催化降解效果（a）光电催化降解曲线（b）准一级动力学拟合曲线

Fig.8 Photocatalytic degradation of methylene blue by ZnO@Zn/TNTs

图9 ZnO@Zn/TNTs的光催化、电催化、光电催化降解对比（a）不同体系降解亚甲基蓝曲线（b）准一级动力学拟合曲线

Fig.9 Comparison of photocatalytic，electrocatalytic，photo-electrocatalytic degradation of ZnO@Zn/TNTs

图10 TNTs与ZnO@Zn/TNTs的Nyquist图

Fig. 10 Nyquist diagram of TNTs and ZnO@Zn/TNTs

表1 TNTs、ZnO@Zn/TNTs拟合电路相关参数

Table 1 Fitting circuit parameters of TNTs and ZnO@Zn/TNTs

样品	R _s/Ω	R _ct/Ω	等效电路
TNTs	8.349	2 683
ZnO@Zn/TNTs	5.172	140.8

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