DE202023106047U1

DE202023106047U1 - Eine Formulierung zur Synthese des ternären Nanokomposits CeO2 -CuO-Cu(OH)2

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Publication number: DE202023106047U1
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Filing date: 2023-10-19
Publication date: 2023-11-27
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Abstract

Formulierung zur Synthese des ternären Nanokomposits CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ , umfassend
0.2 M Cer(III)-nitrat-Hexahydrat (Ce(NO₃)₃)6H₂O;
0.2 M Kupfer(II)acetat (Cu(CH3COO)₂)-Salz;
4 M Natriumhydroxid (NaOH);
50 ml entionisiertes Wasser; und
1 g Polyvinylpyrrolidon (PVP).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der Nanokompositsynthese, insbesondere auf eine Formulierung für die Synthese des ternären Nanokomposits CeO₂- CuO-Cu(OH)₂
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Forscher haben aktiv die vielseitigen Anwendungen von CeO2-CuO-Cu(OH)₂-Nanokompositen erforscht, beispielsweise ihre Rolle bei katalytischen Umwandlungen im Automobilbereich, bei Wassergas-Shift-Reaktionen, bei der Oxidation flüchtiger organischer Verbindungen und sogar bei der Verbesserung optischer Eigenschaften. In mehreren Studien wurde die Verbesserung der katalytischen Leistung und der optischen Eigenschaften dieser Nanokomposite untersucht.
2-CuO-Cu(OH)₂-Nanokompositen wurden verschiedene Synthesemethoden untersucht, darunter Co-Präzipitation, Harnstoff-Nitrat-Verbrennung, Eintopf- und Citrat-Hydrothermal-Methoden. Unter diesen führte die Kofällung zu der besten katalytischen Aktivität, was auf gut dispergierte Kupferoxidspezies zurückzuführen ist, die effektiv mit CeO₂- und Cu(OH)₂-Oberflächen interagieren. Andere Methoden wie Abscheidungsfällung und Nassimprägnierung zeigten den Einfluss der Trägerform und der Kristallebene auf die Eigenschaften von Nanokompositen.
Die Kontrolle der thermischen Zersetzungs- und Kalzinierungstemperaturen erwies sich auch als entscheidend für die Gestaltung der physikalischen Textur und der katalytischen Aktivität von CeO₂-CuO-Katalysatoren. Die hydrothermale Behandlung von Citratvorläufern förderte eine bessere Durchmischung von Cu²⁺ und Ce⁴⁺ und erhöhte die strukturelle und thermische Stabilität.
Ein gemeinsames Thema dieser Studien ist die Bedeutung der Wechselwirkung zwischen CuO-Nanopartikeln und dem CeO₂ -Träger, entweder auf der Cu(OH)_2- Oberfläche oder als Cu-O-Ce-Mischkristallphasen, während der Synthese.
verspricht die Kombination von CeO₂ und CuO in CeO₂ -CuO-Cu(OH)_2- Nanokompositen eine Verbesserung der photokatalytischen Aktivität und der optischen Eigenschaften. Durch die Bildung eines Heteroübergangs an der Grenzfläche verbessern diese Materialien die Ladungstrennung und reduzieren die Elektron-Loch-Rekombination, was letztendlich zu effizienteren photokatalytischen Reaktionen führt. Die Fähigkeit von CeO₂, zwischen Oxidationsstufen zu wechseln und Sauerstofflücken zu schaffen, erhöht seine Lichtabsorptionskapazität. Gleichzeitig verringert CuO die Bandlücke von Cu(OH)₂ und fungiert als aktive Elektronenfalle. Beide Komponenten bieten günstige Eigenschaften für die Photokatalyse.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Synthese und Nutzung von CeO2-CuO-Cu(OH)₂-Nanokompositen dank der synergistischen Effekte ihrer einzelnen Komponenten und verstärkter Grenzflächen in komplexen Heteroübergangs-Nanokompositen ein großes Potenzial zur Optimierung sowohl der katalytischen als auch der optischen Eigenschaften birgt.
Aus der Sicht der vorangehenden Diskussion wird deutlich, dass ein Bedarf an der Synthese des ternären Nanokomposits CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ besteht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf eine Formulierung für die Synthese von CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ ternären Nanokompositen. Die Verbesserung der optoelektronischen Eigenschaften ergibt sich aus der Entwicklung von Heterojunction-Nanokompositen. Hier wurden CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposite mit einem einfachen chemischen Verfahren hergestellt und ihre strukturellen, morphologischen und optischen Eigenschaften mit einer Reihe von Standardtechniken wie XRD, SEM und EDX, TEM, UV-Vis, Photolumineszenz und TG-DTA untersucht. Wenn CeO₂ und CuO mit Cu(OH)₂ kombiniert werden, wird die Bandlücke auf 2,64 eV gesenkt, was die photokatalytische Wirksamkeit des Nanokomposits erhöhen kann. Die optischen Eigenschaften des CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposits können erheblich verbessert werden, da CeO₂ die Lichtabsorption erhöhen kann, während CuO als Elektronenfalle im Komposit wirkt. Darüber hinaus fördert die Heteroübergangskombination an den Grenzflächen des CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposits die durch Licht erzeugte Ladungstrennung im Komposit, wodurch die Ladungsbeteiligung an den katalysierten Umwandlungsreaktionen des Komposits erhöht wird. Mit dem CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposit wurde die maximale photokatalytische Abbaueffizienz von 96,4 % bzw. 92,7 % für Fast Green (FG) und Bromophenol Blue (BP) erreicht.
Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, eine Formulierung für die Synthese von ternären CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokompositen bereitzustellen. Die Formulierung umfasst: 0,2 M Cer(III)-nitrathexahydrat (Ce(NO3)3).6H2O; 0,2 M Kupfer(II)-acetat (Cu(CH3COO)₂)-Salz; 4 M Natriumhydroxid (NaOH); 50 ml entionisiertes Wasser; und 1 g Polyvinylpyrrolidon (PVP).
In einer Ausführungsform wird diese Formulierung zur Durchführung einer chemischen Fällung für die Synthese von ternären CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokompositen verwendet.. Die chemische Fällung umfasst das Auflösen von 0.2 M Cernitrat und 1 g PVP in 50 ml entionisiertem Wasser unter Rühren bei 80°C, die anschließende Zugabe von 0.2 M Kupferacetatsalz zur vorherigen Lösung und, sobald das Kupferacetatsalz gelöst ist, die Zugabe von 4 M NaOH in 50 ml entionisiertem Wasser wurde tropfenweise in die vorherige Lösung mit Kupferacetat gegeben, schließlich wurde nach 2 Stunden Rühren ein Niederschlag gesammelt, der mit Aceton und Ethanol gewaschen und dann getrocknet wurde, um ternäres Nanokomposit CeO₂ -CuO-Cu(OH)₂ zu erhalten. Das ursprüngliche CeO₂ und CuO werden mithilfe der genannten chemischen Fällung unter Verwendung entsprechender Vorläufer mit derselben Konzentration synthetisiert.
In einer Ausführungsform werden synthetisierte Nanokomposite aus CeO₂, CuO und CeO 2-CuO-Cu(OH)₂ auf ihre strukturellen, morphologischen und optischen Eigenschaften unter Verwendung verschiedener charakteristischer Techniken untersucht, wobei eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Durchführung dieser Untersuchungen eingesetzt werden.
werden synthetisierte Nanokomposite aus CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ auf ihre photokatalytische Effizienz hin bewertet.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Formulierung für die Synthese des ternären Nanokomposits CeO_2- CuO-Cu(OH)₂ bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ternäre CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposite mit verbesserten optoelektronischen Eigenschaften durch die Schaffung einer Heteroübergangsstruktur zu synthetisieren.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, die strukturellen, morphologischen und optischen Eigenschaften der synthetisierten Nanopartikel mithilfe verschiedener Standardtechniken zu untersuchen, darunter XRD, SEM, EDX, TEM, UV-sichtbares Licht, Photolumineszenz und TG-DTA.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, die Bandlücke der synthetisierten ternären CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposite durch Kombination von CeO₂ und CuO mit Cu(OH)₂ zu verringern und dadurch die photokatalytische Effizienz des Nanokomposits zu erhöhen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, die optischen Eigenschaften des CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposits deutlich zu verbessern, indem die Fähigkeit von CeO2 zur Verbesserung der Lichtabsorption und die Rolle von CuO als Elektronenfalle innerhalb des Komposits genutzt werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine maximale photokatalytische Abbaueffizienz unter Verwendung des CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposits als Katalysator zu erreichen.
Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung weiter zu verdeutlichen, erfolgt eine detailliertere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es versteht sich, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als deren Umfang einschränkend anzusehen sind. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen genauer und detaillierter beschrieben und erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen, wobei:

1 stellt ein Diagramm dar, das das XRD-Muster des Nanokomposits CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 zeigt ein Diagramm, das Photolumineszenzspektren des Nanokomposits CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3 zeigt ein Diagramm, das die TG-DTA-Spektren des Nanokomposits CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
4 zeigt eine Tabelle, die Ergebnisse von Studien zur photokatalytischen Aktivität des CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokatalysators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.

Darüber hinaus werden erfahrene Handwerker erkennen, dass Elemente in den Zeichnungen der Einfachheit halber dargestellt sind und möglicherweise nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Beispielsweise veranschaulichen die Flussdiagramme die Methode anhand der wichtigsten Schritte, die dazu beitragen, das Verständnis von Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus können im Hinblick auf die Konstruktion des Geräts eine oder mehrere Komponenten des Geräts in den Zeichnungen durch herkömmliche Symbole dargestellt worden sein, und die Zeichnungen zeigen möglicherweise nur die spezifischen Details, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind um die Zeichnungen nicht durch Details zu verdecken, die für den Durchschnittsfachmann, der die Beschreibung hierin nutzt, leicht ersichtlich sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:
Um das Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und für deren Beschreibung eine spezifische Sprache verwendet. Es versteht sich jedoch, dass dadurch keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, da Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und weitere Anwendungen der darin dargestellten Prinzipien der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann normalerweise in den Sinn kommen würden in der Technik, auf die sich die Erfindung bezieht.
Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.
Verweise in dieser Spezifikation auf „einen Aspekt“, „einen anderen Aspekt“ oder eine ähnliche Sprache bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher beziehen sich die Formulierungen „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Formulierungen in dieser Spezifikation möglicherweise, aber nicht unbedingt, auf dieselbe Ausführungsform.
Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“ oder alle anderen Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, sodass ein Prozess oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte umfasst, sondern möglicherweise andere Schritte nicht umfasst ausdrücklich aufgeführt oder diesem Prozess oder dieser Methode innewohnend sind. Ebenso schließen ein oder mehrere Geräte oder Subsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, denen „umfasst...a“ vorangestellt ist, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Geräte oder anderer Subsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen aus andere Komponenten oder zusätzliche Geräte oder zusätzliche Subsysteme oder zusätzliche Elemente oder zusätzliche Strukturen oder zusätzliche Komponenten.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden werden. Das hier bereitgestellte System, die Methoden und Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sollen nicht einschränkend sein.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Eine Formulierung für die Synthese des ternären Nanokomposits CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ umfasst: 0.2 M Cer(III)-nitrat-Hexahydrat (Ce(NO₃)₃).6H₂O; 0.2 M Kupfer(II)acetat (Cu(CH3COO)₂)-Salz; 4 M Natriumhydroxid (NaOH); 50 ml entionisiertes Wasser; und 1 g Polyvinylpyrrolidon (PVP).
ternären Nanokomposits CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ durchzuführen. Die chemische Fällung umfasst das Auflösen von 0.2 M Cernitrat (Cer(III)-nitrat-Hexahydrat (Ce(NO₃)₃).6H₂O) und 1 g PVP in 50 ml entionisiertem Wasser unter Rühren bei 80 °C und die anschließende Zugabe von 0.2 M Kupferacetatsalz in der vorherigen Lösung, und sobald das Kupferacetatsalz gelöst ist, werden 4 M NaOH in 50 ml entionisiertem Wasser tropfenweise in die vorherige Lösung mit Kupferacetat gegeben, schließlich wird nach 2 Stunden Rühren ein Niederschlag gesammelt, der wird unter Verwendung einer Zentrifuge mehrmals mit Aceton und Ethanol gewaschen und dann wird die nasse Probe 6 Stunden lang in einem Heißluftofen bei 120 °C getrocknet, um das ternäre Nanokomposit CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ zu erhalten . Das ursprüngliche CeO₂ und CuO werden mithilfe der genannten chemischen Fällung unter Verwendung entsprechender Vorläufer mit derselben Konzentration synthetisiert.
In einer Ausführungsform werden synthetisierte Nanokomposite aus CeO ₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ auf ihre strukturellen, morphologischen und optischen Eigenschaften unter Verwendung verschiedener charakteristischer Techniken untersucht, wobei eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Durchführung dieser Untersuchungen eingesetzt werden.
werden synthetisierte Nanokomposite aus CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ auf ihre photokatalytische Effizienz hin bewertet.
In einer Ausführungsform wurden die Struktur und die kristallinen Eigenschaften der synthetisierten Proben durch Röntgenbeugung (XRD) unter Verwendung eines Pulverdiffraktometers (PAN Analytical X'pert PRO Modell Röntgendiffraktometer) und monochromatischer Cu-Ka-Strahlung (= 1,5418 Å) untersucht. Die Probe wurde auf eine Glasplatte mit Vertiefung gelegt und das Beugungssignal für den zweiten Bereich von 20 bis 80° mit einer Scanrate von 5°/min aufgezeichnet. Die Morphologie und Zusammensetzung der Pulverprobe wurde mit einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM) JEOL JSM-6700F bewertet. Die Morphologie, Größe und Form der synthetisierten Pulverproben wurden mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM, JEM 2100 F) untersucht. UV-Vis-Diffusreflexionsspektren im Wellenlängenbereich von 200-900 nm wurden mit einem UV/VIS-NIR-Doppelstrahlspektrophotometer (VARIAN, Cary 5000) erfasst. Zur Aufnahme der Photolumineszenzspektren (PL) (VARIAN, Cary Eclipse) bei einer Anregungswellenlänge von 380 nm wurde ein Fluoreszenzspektrophotometer verwendet. In einer Stickstoffatmosphäre zwischen Raumtemperatur und 1000 °C wurden die Proben einer gleichzeitigen thermischen Untersuchung mit einem Thermoanalysator (TG/DTA, SDT Q 600 V20) unterzogen. Transmissionselektronenmikroskopie (TEM, JEM 2100 F) wurde verwendet, um die Morphologie, Abmessungen und Form der synthetisierten Pulverproben zu analysieren. Ein UV/VIS-NIR-Doppelstrahlspektrophotometer (VARIAN, Cary 5000) wurde verwendet, um diffuse UV-Vis-Reflexionsspektren im Wellenlängenbereich von 200-900 nm aufzuzeichnen. Die Photolumineszenzspektren (PL) (VARIAN, Cary Eclipse) mit einer Anregungswellenlänge von 380 nm wurden mit einem Fluoreszenzspektrophotometer erfasst. Die Proben wurden einer simultanen Thermoanalyse mit einem simultanen Thermoanalysator (TG/DTA, SDT Q 600 V20) in einer Stickstoffatmosphäre zwischen Umgebungstemperatur und 1000 °C unterzogen.
In einer Ausführungsform wurde der photokatalytische Abbau der oben genannten Nanokomposite unter Verwendung der Farbstoffe Fast Green (FG) und Bromophenol Blue (BP) unter sichtbarem Licht bewertet. Normalerweise wurden 50 ml der wässrigen Farbstoffphase (20 mg/L) zu 25 mg der erstellten Probe hinzugefügt. Danach wird die Farbstofflösung zwei Stunden lang der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Während der Bestrahlung wurden in regelmäßigen Abständen 2 ml Farbstofflösungen aus dem System entnommen. Die Wellenlängen, bei denen FG und BP am meisten absorbieren, liegen bei 620 nm bzw. 590 nm. Ein UV-sichtbares Spektrophotometer wurde verwendet, um die maximale Absorption von FG und BP zu ermitteln und so die Verschlechterung zu beurteilen.
Die Formel zur Berechnung der Verschlechterungseffizienz lautet wie folgt: $Abbaueffizienz (%) = (C o - C / C o) \times 100$
wobei C₀ und C die anfängliche bzw. schwankende Intensität der Farbstoffmoleküle sind. Für das katalytische Stabilitätsexperiment wurde der behandelte Katalysator zentrifugiert, mit einer Aceton/Wasser-Lösung gereinigt und nach dem ersten Zyklus bei 75°C getrocknet.
Berechnungen zur Stabilität und Wiederverwendbarkeit des regenerierten Katalysators würden unter Verwendung der FG- und BP-Farbstofflösungen durchgeführt. Um die genaue Schadstoffmenge zu bestimmen, wurde auch die kinetische Studie erster Ordnung verwendet.
Dabei steht k für die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante und t für die Zeit. Die durchschnittliche angestrebte Lichtintensität für die photokatalytische Untersuchung betrug 0,85 ×10⁵ Lux.
1 zeigt ein Diagramm, das das XRD-Muster des Nanokomposits CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. CeO₂, CuO und CeO₂ -CuO-Cu(OH)₂ Nanokomposit-XRD-Muster werden im 2-Bereich zwischen 20° und 80° identifiziert.
Wie in dargestellt, zeigt das XRD-Muster die entsprechenden Ebenen (111), (220) und (311), die auf der JCPDS-Karte Nr. 48-1548 angegeben sind und mit den intensiven Peaks korrelieren, die mit 2 Werten von 28.54°, 44.32° und 53.21° erkannt wurden. Im XRD-Muster von CuO-Nanopartikeln wurde der intensive Peak bei den 2θ-Werten 32.91°, 35.48°, 38.58°, 48.21°, 58.12°, 63.02°, 67.21°, 68.03° und 76.31° der jeweiligen Ebenen (200) nachgewiesen, (002), (111), (220), (310), (-113), (221), (321) und (400) werden mit der JCPDS-Kartennummer: 49-0537 erkannt. Das XRD-Muster des Nanokomposits CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ zeigt nur einen scharfen Peak im 2θ-Wert 28,08° (100), der Cu(OH)₂ aus der JCPDS-Karte Nr. 80-0656 zuzuordnen ist.
Laut XRD-Analyse bilden CeO₂-Nanopartikel eine flächenzentrierte kubische Fluoritkristallstruktur mit der Raumgruppe Fm3m. Die Gipfel sind etwas breit; Dies kann daran liegen, dass CeO₂ -Partikel kleiner sind (2.2-3.0 nm groß). In ähnlicher Weise erzeugt die basiszentrierte monokline Struktur der Tenrit-Kristallitstruktur mit niedrigerer Symmetrie und der C62n-Raumgruppe das XRD-Muster von CuO-Nanopartikeln. Zwei Peaks (35.48° und 38.58°) zeigen, dass das CuO-Nanopartikel gut kristallin ist; Die restlichen Peaks sind spitze Höcker und können durch die Kristallgittervibration des CuO-Nanopartikels verursacht werden. Die Größe der CuO-Nanopartikel liegt zwischen 50 und 59 nm.
Das XRD-Muster zeigt die Integration von CeO₂- und CuO-Nanopartikeln in der CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Matrix. Typischerweise bildet Cu(OH)₂ in der Basis galoppierende orthorhombische Schichtstrukturen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind. Die CeO₂- und CuO-Nanopartikelstruktur innerhalb der CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposit-Matrixstruktur verhindert eine klare Visualisierung der Peakintensität. Infolgedessen kann die Peakintensität eine stark hydrophobe Reaktion auf der Oberfläche zeigen, und da es so viele Peaks gibt, spiegelt sich deren Intensität nicht im XRD-Muster der Nanokomposite wider. Zur Bestimmung der Partikelgröße kann die Debye-Scherrer-Formel verwendet werden.
Um die morphologischen Eigenschaften des oben genannten Nanokomposits zu verstehen, wird CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ einer Rasterelektronenmikroskopie und seiner EDS-Elementarkartierung unterzogen. Die EDX-Analyse zeigt, dass die CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Phasen gleichmäßig im gesamten Verbundwerkstoff verteilt sind. Die Elementarbeobachtung zeigte, dass das CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposit den vorhergesagten Anteil an gut verteiltem Ce, Cu und CuO enthielt, was das Vorhandensein von CeO₂, CuO und Cu(OH)₂ im Nanokomposit bewies. Aus der Morphologie von CeO₂ ist ersichtlich, dass die Partikelgröße konsistent und die Struktur homogen war. Die oktaedrische Form des CuO-Nanopartikels wurde durch die Morphologie von CuO offenbart. Die CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Struktur besteht aus komplexer Natur und den Nanopartikeln CeO₂ und CuO mit Cu(OH)₂ und weist eine wohldefinierte kubische Struktur auf. Die Partikelgröße des Elements ist gleichmäßig und über die gesamte verarbeitete Probe verteilt, wie das TEM-Bild des Nanokomposits CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ zeigt. In den reinen Materialien zeigte das kristalline CeO₂ eine quasi-kugelförmige Form und hatte eine Bedeckungsgröße von etwa 5 nm, während das CuO eine Mischung unregelmäßiger Partikel mit einer Größe von etwa 10 nm aufwies. Die Hauptphase der gemischten Verbundstruktur hatte eine oktaedrische Form, wobei der Großteil der Nanopartikel CeO₂ und CuO mit dem Cu(OH)₂-Molekül vermischt war.
Laut einer Analyse der UV-sichtbaren Absorptionsspektren von CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH) verschob sich das CeO2-CuO-Cu(OH)2-Nanokomposit im Vergleich zu den CeO₂- und CuO-Nanopartikeln zur längeren Wellenlänge. 2-Nanokomposit, dessen Absorptionswellenlänge zwischen 200 und 700 nm lag.
CeO₂ und CuO haben Absorptionsbeginn bei 3.04 eV bzw. 3.20 eV. CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ im Verbundmaterial verursachte eine Energieverschiebung in einen höheren Wellenlängenbereich mit einem Eg-Wert von 2.64 eV. Diese kleinere Bandlücke führte dazu, dass das optische Merkmal im niedrigeren Energiebereich aktiv war, was dazu führte, dass das Nanokomposit mehr Licht absorbierte und mehr Fotoladungsträger erzeugte, wenn sichtbares Licht auf seine Oberfläche traf.
2 zeigt ein Diagramm, das Photolumineszenzspektren des Nanokomposits CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Die Photolumineszenzspektren (PL) von CeO₂-, CuO- und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokompositen zeigten, dass die PL-Intensität der Nanopartikel und des Komposits im Wellenlängenbereich, gemessen von 0 nm bis 550 nm, unterschiedliche Trends aufweist. Aufgrund ihrer Bandlücke (Eg = 3.04 eV) weisen CeO₂-Nanopartikel zunächst eine höhere Intensität auf und erreichen ein Maximum bei etwa 420 nm, bevor die Intensität abzunehmen beginnt. In ähnlicher Weise zeigen CuO-Nanopartikel den gleichen Trend, wobei zunächst die PL-Intensität zunimmt, bevor sie bei 425 nm ein Maximum erreicht. Diese Ergebnisse zeigen, dass Ladungsträger Energie im unteren Wellenlängenbereich absorbieren und in den höher angeregten Zuständen, jedoch bei der höheren Wellenlänge, anregen. Im Vergleich zu den Nanopartikeln CeO₂ und CuO weist das Nanokomposit CeO2-CuO-Cu(OH)₂ eine höhere PL-Intensität auf. Das Nanokomposit CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ hat eine maximale PL-Intensität bei 420 nm. Die Kombination des CeO₂- und CuO-Nanopartikelkomposits zeigte eine hohe PL-Intensität. Dieses Ergebnis führt dazu, dass die Ladungstrennung die beste Verbesserung der photokatalytischen Aktivität und die beste Verbesserung der optischen Eigenschaften bewirkt. Durch die heterogene Mischung von Nanokomposit-Grenzflächen führte diese Ladungstrennung zu einem mehrstufigen Ladungstransfer.
3 zeigt ein Diagramm, das die TG-DTA-Spektren des Nanokomposits CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Die thermische Stabilität des CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposits wurde untersucht, wobei die Temperatur in einer Stickstoffatmosphäre um 5 °C/min von Umgebungstemperatur auf 1000 °C anstieg. 3 zeigt, dass es im Verbundwerkstoff zu einigen spürbaren Gewichtsverlusten kommt, die durch die Desorption von Wassermolekülen unterhalb von 200 °C verursacht werden. Der Zerfall einiger Phasen, die an den Oberflächen der Nanokomposite absorbiert wurden, wird durch die abrupte Änderung der TG-Kurve im Temperaturbereich von 200 °C bis 450 °C angezeigt. Die gesamte endotherme und exotherme Reaktion findet im Nanokomposit in diesem Bereich (200 °C bis 450 °C) statt, was aus dem DTA-Kurvenmuster ersichtlich ist. Nach dieser Anpassung ist in keiner der Kurven eine Änderung zu erkennen. Zwischen 450 und 1000 °C ist ein abnehmender Trend zu beobachten, der darauf zurückzuführen ist, dass das Nanokomposit alle unerwünschten Spezies und Wassermoleküle verliert. Als Folge der im Nanokomposit auftretenden thermischen und oxidativen Zersetzung zeigen die Kurven TG und DTA deutlich, dass sowohl endotherme als auch exotherme Peaks aufgetreten sind.
4 zeigt eine Tabelle, die Ergebnisse von Studien zur photokatalytischen Aktivität des CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokatalysators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Wenn CeO₂ und CuO mit Cu(OH)₂ kombiniert werden, verringert sich die Bandlücke auf 2.64 eV, was die photokatalytische Wirksamkeit des Nanokomposits erhöhen kann.
Die optischen Eigenschaften des CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposits können deutlich verbessert werden, da CeO₂ die Lichtabsorption erhöhen kann, während CuO im Komposit als Elektronenfalle fungiert. Darüber hinaus förderte die Heteroübergangskombination an den Grenzflächen des CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposits die fotogenerierte Ladungstrennung im Komposit und erhöhte die Ladungsbeteiligung an den vom Komposit erzeugten katalysatorkatalysierten Umwandlungsreaktionen. Mit dem Nanokomposit CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ wurde die maximale photokatalytische Abbaueffizienz von 96.4 % bzw. 92.7 % für Fast Green (FG) und Bromphenolblau (BP) erreicht.
Die robuste und breite sichtbare Lichtemission der Nanokomposite ermöglicht deren Einsatz als Photokatalysator in verschiedenen Abbauprozessen. Photokatalytische Tests haben unwiderlegbar gezeigt, dass sich die beiden Farbstoffe Fast Green (FG) und Bromphenol Blue (BP) in Gegenwart von natürlichem Sonnenlicht verschlechtern. Mit dem CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposit wurde für FG und BP eine hervorragende photokatalytische Abbaueffizienz von 96.4 % bzw. 92.7 % erreicht. Es ist wichtig zu beachten, dass die photokatalytische Abbaueffizienz auch nach fünf Zyklen über 90 % blieb, was die Ausdauer des Katalysators zeigt. Die Untersuchung des photokatalytischen Ergebnisses lieferte starke Beweise dafür, dass die CeO₂-CuO-Cu(OH)₂-Nanokomposite eine gute Bandlückenposition für die Behandlung von Textilabwässern aufweisen.
Die Zeichnungen und die vorstehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Fachleute werden erkennen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente einer Ausführungsform können zu einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Beispielsweise können die Reihenfolgen der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und sind nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge implementiert werden; Es müssen auch nicht unbedingt alle Handlungen ausgeführt werden. Auch solche Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, können parallel zu den anderen Handlungen durchgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen wird durch diese spezifischen Beispiele keineswegs eingeschränkt. Zahlreiche Variationen, ob explizit in der Spezifikation angegeben oder nicht, wie z. B. Unterschiede in Struktur, Abmessung und Materialverwendung, sind möglich. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so breit wie durch die folgenden Ansprüche angegeben.
Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und alle Komponenten, die dazu führen können, dass ein Nutzen, ein Vorteil oder eine Lösung eintritt oder ausgeprägter wird, dürfen jedoch nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Funktion oder Komponente von ausgelegt werden einzelne oder alle Ansprüche.

Claims

Formulierung zur Synthese des ternären Nanokomposits CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ , umfassend 0.2 M Cer(III)-nitrat-Hexahydrat (Ce(NO₃)₃)6H₂O; 0.2 M Kupfer(II)acetat (Cu(CH3COO)₂)-Salz; 4 M Natriumhydroxid (NaOH); 50 ml entionisiertes Wasser; und 1 g Polyvinylpyrrolidon (PVP).
Formulierung nach Anspruch 1, wobei die Formulierung zur Durchführung einer chemischen Fällung zur Synthese des ternären Nanokomposits CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ verwendet wird
Formulierung nach Anspruch 2, wobei die chemische Fällung das Auflösen von 0.2 M Cernitrat und 1 g PVP in 50 ml entionisiertem Wasser unter Rühren bei 80 °C und die anschließende Zugabe von 0.2 M Kupferacetatsalz zur vorherigen Lösung und einmal das Das Kupferacetatsalz wird gelöst, 4 M NaOH werden in 50 ml entionisiertem Wasser zugegeben und tropfenweise in die vorherige Lösung mit Kupferacetat gegeben. Schließlich wird nach 2 Stunden Rühren ein Niederschlag gesammelt, der mit Aceton und Ethanol gewaschen und dann getrocknet wird Erhalten Sie das ternäre Nanokomposit CeO₂-CuO-Cu(OH)₂.
Formulierung nach Anspruch 3, wobei reines CeO₂ und CuO unter Verwendung der genannten chemischen Fällung unter Verwendung entsprechender Vorläufer mit der gleichen Konzentration synthetisiert werden.
Formulierung nach Anspruch 1, wobei synthetisierte Nanokomposite aus CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ auf ihre strukturellen, morphologischen und optischen Eigenschaften unter Verwendung verschiedener charakteristischer Techniken untersucht werden, wobei eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Durchführung eingesetzt werden Studien.
Formulierung nach Anspruch 1, wobei synthetisierte Nanokomposite aus CeO₂, CuO und CeO₂-CuO-Cu(OH)₂ auf ihre photokatalytische Effizienz hin bewertet werden.