ZnO dopé C : synthèse, caractérisation et dégradation photocatalytique faciles de colorants

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14173 (2023) Citer cet article

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Des nanoparticules de ZnO dopées au carbone ont été synthétisées à partir de la décomposition thermique du précurseur du citrate de zinc. Le précurseur a été synthétisé à partir d’une pâte semi-solide puis soumis à une calcination à 700 °C pour produire des nanoparticules de ZnO. Le précurseur et le ZnO ont été caractérisés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, spectres UV-visible (UV-Vis), microscope électronique à transmission, microscope électronique à balayage à émission de champ, analyse par dispersion d'énergie par rayons X (EDAX), diffraction des rayons X sur poudre (DRX). ) et spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS). Les résultats ont assuré la formation de nanoparticules hexagonales 2D-ZnO d’une épaisseur de couche de 25 nm. La bande interdite optique du ZnO a été déterminée et trouvée être de 2,9 eV, ce qui est inférieur à la masse. La dégradation photocatalytique du colorant fluorescéine en tant que colorant anionique et de la rhodamine B en tant que colorant cationique a été évaluée via des NP C-ZnO sous irradiation UV. ZnO présentait une dégradation de 99 % du colorant fluorescéine après 240 minutes et une dégradation photocatalytique complète du colorant rhodamine B après 120 minutes sous irradiation UV.

Le rejet d’eaux usées industrielles contaminées par des colorants organiques résultant du traitement des tissus, des produits pharmaceutiques, cosmétiques et autres, est devenu la principale cause de contamination excessive de l’eau1. L'exposition à des colorants, même en faible concentration, peut avoir une influence critique sur la qualité de l'eau du milieu aquatique2. Les colorants comme la rhodamine B et le bleu de méthylène sont des colorants dangereux non biodégradables, toxiques et cancérigènes3, 4. La fluorescéine est un colorant hautement fluorescent qui peut être utilisé pour visualiser la structure des matériaux et suivre l'écoulement des fluides et est stable sur une large gamme de Conditions de pH et de température5 . Les colorants non biodégradables et résistants représentent un gros problème car ils peuvent persister dans l'environnement pendant de longues périodes, où ils peuvent avoir de nombreux impacts environnementaux négatifs6. Elle nécessite plusieurs processus, tels que l’adsorption7, la filtration8 et la photocatalyse9, pour une purification efficace de l’eau. La photocatalyse est considérée comme une technique durable et respectueuse de l'environnement pour l'élimination des colorants des eaux usées10, 11. La photocatalyse est une approche prometteuse pour les techniques futures qui reposent sur un rayonnement solaire naturel renouvelable et peu coûteux12, 13. Les défauts de nanostructure sont essentiels dans la définition les propriétés et les performances des nanostructures dans les applications ciblées14. Sans paramètres imposés tels que le pH et la température, peu de photocatlyseurs ont un impact efficace sur la dégradation des colorants anioniques et cationiques15, 16. Les matériaux bidimensionnels sont des nanomatériaux en forme de feuille constitués de fines couches multiples d'une épaisseur de plusieurs nanomètres17, 18. Nano Les matériaux de plus grand diamètre ont attiré une attention croissante pour les applications photocatalytiques par rapport à d'autres morphologies en raison de leur épaisseur unique et de leur surface active doublement exposée, nature particulière de la densité électronique du spectre d'état19. Les réactions photocatalytiques dépendent de l'induction par la lumière UV-visible située sur une surface d'un semi-conducteur tel que le ZnO20. Il s'agit d'un excellent semi-conducteur de type n avec une énergie de bande interdite (3,3 eV). Il présente des caractéristiques uniques telles qu'une photosensibilité élevée, une bonne stabilité physique et chimique et une mobilité électronique élevée17, 21, 22. Le ZnO a un potentiel important en tant qu'agent antibactérien puissant et un profil de sécurité élevé qui pourrait éventuellement remplacer les antibiotiques23. Ces propriétés caractéristiques ont permis au ZnO d'être un matériau prometteur pour diverses applications, telles que les cellules solaires, la photocatalyse et les capteurs de gaz24. Le dopage métallique25 et non métallique (par exemple le carbone)26 a un impact significatif sur l'ingénierie de la bande interdite et la photocatalyse. efficacité27, 28. L'amélioration de l'efficacité photocatalytique pour le ZnO-carbone dopé pourrait être due à la bonne capacité d'adsorption du colorant, à la photo-oxydation directe du colorant et à l'inhibition de la recombinaison électron-trou photo-induite29. La synthèse par dopage nécessite généralement des méthodes sophistiquées manquant de simplicité et de production à haut rendement. un photocatalyseur a été étudié dans la dégradation du colorant Rhodamine B sous rayonnement UV33,34,35. L'effet de la dose de catalyseur et de la taille des particules sur l'efficacité de dégradation des colorants a été étudié36. Dans la continuité de nos travaux antérieurs sur la synthèse et l'hybridation d'oxydes métalliques, nous les appliquons en tant que matériaux efficaces dans le traitement de l'eau37,38,39,40,41,42. Le ZnO mélangé à du ZnC a été synthétisé par une technique bénigne à l'état solide à partir d'un précurseur moléculaire du citrate. Diverses techniques ont été utilisées pour caractériser les produits de calcination. L'activité photocatalytique du mélange ZnO/ZnC synthétisé a montré une activité photocatalytique efficace dans la dégradation de divers colorants par rapport à d'autres catalyseurs.