渤海大學孟慶明Ceram. Int.：靜電紡絲制備新型p-CuO/n-ZnO異質結納米纖維，以增強光

DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.03.277

通過將p型CuO與n型ZnO納米纖維偶聯制備了CuO/ZnO p-n異質結納米纖維，其可有效消除燃油中的吡啶。系統地研究了合成納米纖維的結構和光電特性。該光降解系統適用于在不與其他氧化劑混合的情況下，利用環境空氣氧化燃油中的吡啶。在可見光照射下，17.5mg MCuZn-0.5（Cu/Zn摩爾比為0.5at％）可在60min內降解90％以上的吡啶（100mL，100μg/g）。MCuZn-0.5納米纖維的可見光誘導光催化脫氮效率幾乎是僅ZnO的1.5倍。p-CuO/n-ZnO異質結納米纖維出色的脫氮活性可歸因于增強的光吸收能力和光激發電荷對的有效分離。此外，五次循環實驗證實MCuZn-0.5納米纖維具有良好的光催化脫氮性能。機理研究表明，光激發空穴在反應物中間體的形成中起主要作用，而超氧自由基則促進了吡啶的最終礦化過程。

圖1.ZnO、CuO和p-CuO/n-ZnO異質結納米纖維的XRD圖譜。

圖2.（a）ZnO前體納米纖維，（b）ZnO，（c）MCuZn-0.5前體納米纖維和（d）MCuZn-0.5的FESEM圖像；（e）MCuZn-0.5的EDS光譜。

圖3.ZnO和MCuZn-0.5納米纖維的XPS光譜：（a）全掃描光譜以及（b）Cu2p，（c）Zn2p和（d）O1s的高分辨率光譜。

圖4.（a）ZnO和p-CuO/n-ZnO異質結納米纖維的UV-vis DRS；（b）所制備的納米纖維樣品的相應（αhν）2與（hν）的關系曲線。

圖5.（a）ZnO、CuO和MCuZn-0.5納米纖維的PL光譜和（b）瞬態光電流響應（使用可見光照明開/關循環進行計時電流實驗）。

圖6.（a）所制備的納米纖維和市售ZnO在可見光照射下降解吡啶的光催化活性，（b）使用不同光催化劑光降解吡啶的擬一級動力學擬合數據和（c）反應速率常數。誤差棒代表五次重復測量的標準偏差（下同）。

圖7.（a）MCuZn-0.5納米纖維的量，（b）溶液pH和（c）初始N濃度對吡啶的光催化脫氮效率的影響。

圖8.（a）MCuZn-0.5納米纖維在可見光照射下進行光降解吡啶的五次循環實驗；（b）吡啶在MCuZn-0.5納米纖維上的TOC轉化率（條件：300W Xe燈，0.0175g MCuZn-0.5納米纖維，100mL 100μg/g模擬燃油，20℃，大氣壓）；（c）MCuZn-0.5納米纖維在五個循環前后的XRD圖譜。

圖9.（a）各種清除劑對吡啶光降解過程的影響（條件：300W Xe燈，0.0175g MCuZn-0.5納米纖維，100mL 100μg/g模擬燃油，20℃）；（b）在可見光照射下10分鐘，ZnO和MCuZn-0.5納米纖維的DMPO-·OH和DMPO-·O2-的EPR光譜。

 圖10.吡啶在p-CuO/n-ZnO異質結納米纖維上的光降解示意圖。