Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu ảnh hưởng của việc dop Mn đến tính chất quang xúc tác của hạt nano CdS cho việc phân hủy hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ và nâng cao sản xuất nhiên liệu mặt trời
Tóm tắt
Trong vài thập kỷ qua, các chất xúc tác quang đã thu hút được sự chú ý ngày càng tăng do tiềm năng của chúng trong việc giải quyết các vấn đề môi trường và cung cấp các nguồn năng lượng thay thế. Nhận thức được tầm quan trọng của sự tiến bộ này, nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào việc tổng hợp các chất xúc tác quang có hiệu suất cao cho các ứng dụng trong việc phát triển hydro quang xúc tác và phân hủy phẩm màu. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tổng hợp các chất xúc tác quang có hiệu quả cao Mn-dop CdS theo phương pháp siêu âm. Chất xúc tác quang được tổng hợp đã được đặc trưng hóa bằng nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn như nhiễu xạ X-quang (XRD), UV–Vis, phát quang, kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua. Thực tế, phân tích XRD và SEM cho thấy cấu trúc CdS wurtzite có hình lục giác bao gồm các hạt có kích thước không đồng nhất hình dạng giống như viên cầu, được liên kết chặt chẽ với nhau để hình thành cấu trúc nano có đường kính trung bình khoảng 30 đến 35 nm. Phân tích UV cho thấy rằng sự tương tác của các hạt nano CdS với Mn đã làm giảm khoảng cách vùng quang của CdS từ 2.31 xuống 2.42 eV và cải thiện quá trình tách mang điện. Quang phổ XPS đã chỉ ra sự hiện diện của các trạng thái hóa trị Cd2+ và Mn2+ trong CdS wurtzite lục giác dop Mn. Sau đó, các nghiên cứu về sản xuất hydro và phân hủy phẩm màu quang xúc tác với methylene blue (MB) đã được thực hiện bằng cách sử dụng chất xúc tác này. Chất xúc tác CdS 6% dop Mn cho thấy hiệu suất vượt trội hơn so với CdS nguyên chất về hoạt động tạo ra hydro khi được chiếu sáng bằng ánh sáng khả kiến từ máy giả lập ánh sáng mặt trời và cho thấy hoạt động quang xúc tác xuất sắc trong việc phân hủy MB. Hiệu suất được cải thiện có thể được quy cho khả năng hấp thụ ánh sáng được nâng cao và quá trình tách mang điện hiệu quả đạt được qua việc đưa Mn vào CdS, mà cũng hoạt động như là các đồng xúc tác. Nghiên cứu này mở đường cho sự phát triển của các chất xúc tác quang có chi phí thấp nhưng hiệu suất cao cho bảo vệ môi trường cũng như sản xuất năng lượng.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
M.K. Anser, W. Iqbal, U.S. Ahmad, A. Fatima, I.S. Chaudhry, Environ. Sci. Pollut. Res. 27, 29451 (2020)
W. Liu, L. Sun, Z. Li, M. Fujii, Y. Geng, L. Dong, T. Fujita, Environ. Sci. Pollut. Res. 27, 31092 (2020)
M. Ismael, Sol. Energy 211, 522 (2020)
M. Rafique, R. Mubashar, M. Irshad, S.S.A. Gillani, M.B. Tahir, N.R. Khalid, M.A. Shehzad, J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 30, 3837 (2020)
U.M. Nisha, M.N. Meeran, R. Sethupathi, V. Subha, P. Rajeswaran, P. Sivakarthik, J. Indian Chem. Soc. 100(8), 101061 (2023)
K. Fouad, M. Bassyouni, M.G. Alalm, M.Y. Saleh, Appl. Phys. A 127(8), 612 (2021)
P. Thamizhazhagan, P. Sivakarthik, J. Balaji, Digest J. Nanomater. Biostruct. (DJNB) 16(4), 1263 (2021)
D. Ramki, M. Dharmendira Kumar, P. Siva Karthik, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 34(6), 551 (2023)
H.S. Mahdi, A. Parveen, S. Agrawal, A. Azam, AIP conference proceedings (AIP Publishing, New York, 2017)
S. Ali, F. Akbar Jan, R. Ullah, N. Ullah, Water Sci. Technol. 85(4), 1040 (2022)
S. Sharma, V. Dutta, P. Raizada, A. Hosseini-Bandegharaei, P. Singh, V.H. Nguyen, Environ. Chem. Lett. 19, 271 (2021)
L. Ma, X. Ai, X. Yang, X. Cao, D. Han, X. Song, X. Wu, J. Mater. Sci. 56, 8643 (2021)
Y. Chen, Y. Wang, X. Zhou, Y. Zhao, W. Peng, Environ. Sci. Pollut. Res. 27, 26810 (2020)
C. Deng, F. Ye, T. Wang, X. Ling, L. Peng, H. Yu, Y. Han, Nano Res. (2022). https://doi.org/10.1007/s12274-021-3960-4
X. Li, M. Edelmannová, P. Huo, K. Kočí, J. Mater. Sci. 55(8), 3299–3313 (2020)
M. Rani, U.K. Shanker, Int. J. Environ. Sci. Technol. 20(5), 5491 (2023)
F.B. Rizwan, F. Behlil, R.A.Z.A. Maamir, S. Anjum, Sains Malays. 49(8), 1875 (2020)
A.U. Rahman, H. Ullah, M. Verma, S. Khan, J. Magn. Magn. Mater. 515, 167212 (2020)
S.M. Ali, M.M. Khan, T.S. Alkhuraiji, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 31, 14901 (2020)
A. Rafiq, M. Imran, M. Aqeel, M. Naz, M. Ikram, S. Ali, J. Inorg. Organomet. Polym Mater. 30, 1915 (2020)
N. Saxena, H. Sondhi, R. Sharma, M. Joshi, S. Amirthapandian, P. Rajput, R. Krishna, Chem. Phys. Impact 5, 100119 (2022)
R. Shi, H.F. Ye, F. Liang, Z. Wang, K. Li, Y. Weng, Y. Chen, Adv. Mater. 30(6), 1705941 (2018)
Z. Chai, T.T. Zeng, Q. Li, L.Q. Lu, W.J. Xiao, D. Xu, J. Am. Chem. Soc. 138(32), 10128 (2016)
M. Thambidurai, N. Muthukumarasamy, D. Velauthapillai, S. Agilan, R. Balasundaraprabhu, J. Electron. Mater. 41, 665 (2012)
J. Zhao, X. Li, Z. Li, J. Nanomater. 16(1), 191 (2015)
B. Ahmed, A.K. Ojha, S. Kumar, Spectrochim. Acta Part A Mol. Biomol. Spectrosc. 179, 144 (2017)
V. Kumar, K. Kumar, H.C. Jeon, T.W. Kang, D. Lee, S. Kumar, J. Phys. Chem. Solids 124, 1 (2019)
B.K. Nahak, R. Roshan, S.D. Roy, A. Patra, A. Sahu, S. Panda, S. Mahata, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 33(18), 15191 (2022)
A.M. Mansour, R.S. Ibrahim, A.A. Azab, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 33(13), 10251 (2022)
A.K. Singh, K.M. Vijayashri, S.P. Singh, M.K. Mishra, Mater. Today: Proc. 66, 2017 (2022)
R.S. Ibrahim, A.A. Azab, A.M. Mansour, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 32(14), 19980 (2021)
A. Nag, S. Sapra, C. Nagamani, A. Sharma, N. Pradhan, S.V. Bhat, D.D. Sarma, Chem. Mater. 19(13), 3252 (2007)
K.L. Mary, J.V. Manonmoni, A.M.R. Balan, P.S. Karthik, S.P. Malliappan, Digest J. Nanomater. Biostruct. (DJNB) 17(2), 634 (2022)
K.O. Potapenko, E.Y. Gerasimov, S.V. Cherepanova, A.A. Saraev, E.A. Kozlova, Materials 15(22), 8026 (2022)
E. Bladt, R.J. van Dijk-Moes, J. Peters, F. Montanarella, C. de Mello Donega, D. Vanmaekelbergh, S. Bals, J. Am. Chem. Soc. 138(43), 14288 (2016)
C.F. Holder, R.E. Schaak, ACS Nano 13(7), 7359 (2019)
S. Chaure, Mater. Res. Express 6(2), 025912 (2018)
K.K. Saravanan, P. SivaKarthik, J. Clust. Sci. 31(2), 401 (2020)
R.S. Singh, S. Bhushan, Bull. Mater. Sci. 32, 125 (2009)
A.K. Guria, N. Pradhan, Chem. Mater. 28(15), 5224 (2016)
L. Wu, X. Cai, K. Nelson, W. Xing, J. Xia, R. Zhang, D. Pan, Nano Res. 6, 312 (2013)
A.E. Vikraman, A.R. Jose, M. Jacob, K.G. Kumar, Anal. Methods 7(16), 6791 (2015)
S. Kumar, S. Kumar, S. Jain, N.K. Verma, Appl. Nanosci. 2, 127 (2012)
R.K. Duchaniya, Int. J. Mining Metall. Mechan. Eng. (IJMMME) 2, 1 (2014)
T. Iqbal, G. Ara, N.R. Khalid, M. Ijaz, Appl. Nanosci. 10, 22 (2020)
H. Cui, B. Li, Y. Zhang, X. Zheng, X. Li, Z. Li, S. Xu, Int. J. Hydrogen Energy 43(39), 18242 (2018)
C. Hu, X. Zeng, J. Cui, H. Chen, J. Lu, J. Phys. Chem. C 117(40), 20998 (2013)
Y. Sanchez, M. Neuschitzer, M. Dimitrievska, M. Espindola-Rodriguez, J. Lopez-Garcia, V. Izquierdo-Roca, E. Saucedo, IEEE 40th photovoltaic specialist conference (PVSC) (IEEE, 2014), p.0417
K.K. Saravanan, P. Siva Karthik, P.R. Mirtha, J. Balaji, B. Rajeshkanna, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 31, 8825 (2020)
S.K. Shinde, H.D. Dhaygude, P.P. Chikode, V.J. Fulari, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 28, 7385 (2017)
A.B.A. Hammad, H.S. Magar, A.M. Mansour, R.Y. Hassan, A.M.E. Nahrawy, Sci. Rep. 13(1), 9048 (2023)
B. Liu, G.Q. Xu, L.M. Gan, C.H. Chew, W.S. Li, Z.X. Shen, J. Appl. Phys. 89(2), 1059 (2001)
G.Q. Xu, B. Liu, S.J. Xu, C.H. Chew, S.J. Chua, L.M. Gana, J. Phys. Chem. Solids 61(6), 829 (2000)
L. Li, X. Yin, Y. Sun, Sep. Purif. Technol. 212, 135 (2019)
M.C. Biesinger, B.P. Payne, A.P. Grosvenor, L.W. Lau, A.R. Gerson, R.S.C. Smart, Appl. Surf. Sci. 257(7), 2717 (2011)
Y. Dong, L. Kong, P. Jiang, G. Wang, N. Zhao, H. Zhang, B. Tang, ACS Sustain. Chem. Eng. 5(8), 6845 (2017)
A. Han, H. Chen, H. Zhang, Z. Sun, P. Du, J. Mater. Chem. A 4(26), 10195 (2016)
D. Zhu, C. Guo, J. Liu, L. Wang, Y. Du, S.Z. Qiao, Chem. Commun. 53(79), 10906 (2017)
P. Nagababu, S.A.M. Ahmed, Y.T. Prabhu, A. Kularkar, S. Bhowmick, S.S. Rayalu, Sci. Rep. 11(1), 8084 (2021)
L. Korala, J.R. Germain, E. Chen, I.R. Pala, D. Li, S.L. Brock, Inorg. Chem. Front. 4(9), 1451 (2017)
M.M. Ali, M.A. Kudhier, R.S. Sabry, J. Phys.: Conf. Ser. 1963(1), 012119 (2021)
R. Chauhan, A. Kumar, R.P. Chaudhary, Res. Chem. Intermed. 39, 645 (2013)
C. Zhang, J. Lai, J. Hu, RSC Adv. 5(20), 15110 (2015)
Z. Pan, S. Wang, R. Yan, C. Song, Y. Jin, G. Huang, J. Huang, Opt. Mater. 109, 110324 (2020)
S.M. Al-Jawad, N.J. Imran, K.H. Aboud, J. Sol–Gel Sci. Technol. 100, 423 (2021)
S. Panda, A. Sahu, A. Patra, B.K. Nahak, B.N. Patra, S.S. Mahato, S. Mahata, Mater. Today: Proc. 47, 1197 (2021)
B.K. Nahak, D. Mahata, N. Jhariya, P. Yadav, S. Panda, S.S. Sahu, S. Mahata, Ceram. Int. 49(19), 32104 (2023)
F. Beshkar, A. Al-Nayili, O. Amiri, M. Salavati-Niasari, M. Mousavi-Kamazani, Int. J. Hydrogen Energy 47(2), 928 (2022)
P. SivaKarthik, V. Thangaraj, S. Kumaresan, K. Vallalperuman, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 28, 10582 (2017)
P. Rajeswaran, M. Shanmuganathan, A. Elavarasan, P. Sivakarthik, Mater. Today: Proc. 80, 634 (2023)