view in publisher's site

Highly efficient visible light driven photocatalytic activity of graphene and CNTs based Mg doped ZnO photocatalysts: A comparative study

Highlights•Inexpensive synthesis route for graphene and CNTs based Mg doped ZnO nanocomposite.•Extended optical absorption and inhibited charge carriers recombination rate.•The nanocomposite photocatalyst was driven in visible region.•Photocatalytic elimination efficiency of nanocomposite improved than studies.•XRD and PL study revealed the high stability of the photocatalyst after five successive recycles.AbstractNovel photocatalysts, Mg doped ZnO/CNTs (MZC) and Mg doped ZnO/graphene (MZG) composites synthesized via sol-gel method and characterized with a variety of tools such as XRD, SEM, TEM, BET surface area, EDX, UV-vis DRS, PL, photocurrent transient response, EIS and Mott-Schottky studies were used to study the photocatalytic methylene blue (MB) elimination under visible light illumination. When compared with pure ZnO nanoparticles, MZG catalyst showed considerably about 5.23 times higher photocatalytic activity in the elimination of MB, while about two times higher than MZC catalyst under 60 min visible light illumination. Similarly, the catalyst dose of 1 g/L resulted in great improvement of photocatalytic MB elimination over MZG catalyst under visible light illumination, reaching to MB elimination rate of 100% in just 30 min which is the highest among all ZnO based photocatalytic systems reported so far. Also, this elimination rate was six times higher than that of pure ZnO catalyst, while approximately 1.3 times greater than that of MZC photocatalyst. As initial solution pH treatment, the photocatalytic activity was gradually increased under visible light illumination up to optimal pH 10, identifying 4.5 and 1.4 times higher elimination rate for MZG catalyst than pure ZnO and MZC catalysts, respectively. Designing heterojunction, declining grain size extending optical absorption, improving surface area, inhibiting electron-hole recombination rate and quick transport of photo generated charge carriers to the surface of the photocatalyst due to its lower impedance were considered efficient strategies to enhance the photocatalytic performances. The MZG photocatalyst revealed efficient photocatalytic stability under visible light illumination retaining efficiency about 100% after five cycles of MB elimination. Similarly, XRD and PL reusability tests of MZG photocatalyst did not reveal any difference in its structural and emission responses. The efficient and inexpensive photocatalytic results and strong stability of MZG photocatalyst exemplarily highlights new pathways to design potential visible light driven photocatalysts for industrial applications.Graphical abstractDownload : Download high-res image (136KB)Download : Download full-size image

فعالیت فتوکاتالیستهای ZnO آلاییده با Mg در گرافن و CNT ها با نور مرئی بسیار کارآمد: یک مطالعه مقایسه‌ای

نکات برجسته: مسیر سنتز ارزان برای نانوکامپوزیت ZnO آلاییده با Mg و گرافن و CNT ها. * جذب نوری گسترده و نرخ بازترکیب حامل‌های بار مهار شده. فتوکاتالیست نانوکامپوزیت در ناحیه مرئی هدایت شد. * بازده حذف فتوکاتالیتیک نانوکامپوزیت نسبت به مطالعات بهبود یافته‌است. مطالعه XRD و PL پایداری بالای فتوکاتالیست را بعد از پنج بازیافت متوالی نشان داد. فوتوکاتالیست های مخلوط شده با Mg ZnO / CNT ها (MZC)و کامپوزیت های ZnO / گرافن آلاییده با Mg (MZG)که از طریق روش سل - ژل سنتز شدند و با ابزارهای مختلفی مانند XRD، SEM، سطح BET، EDX، UV - vis DRS، PL، مطالعات نوری متناوب (Mott -)مورد استفاده قرار گرفتند. در مقایسه با نانوذرات ZnO خالص، کاتالیزور MZG به طور قابل‌توجهی حدود ۵.۲۳ برابر فعالیت فتوکاتالیتیک بیشتری در حذف MB نشان داد، در حالی که حدود دو برابر بیشتر از کاتالیزور MZC تحت ۶۰ دقیقه روشنایی مرئی بود. به طور مشابه، دوز کاتالیست ۱ g / L منجر به بهبود زیادی در حذف فوتوکاتالیزوری MB در کاتالیزور MZG تحت نور مریی شد، که به نرخ حذف ۱۰۰ % در تنها ۳۰ دقیقه رسید که در میان تمام سیستم‌های فوتوکاتالیزوری مبتنی بر ZnO که تا کنون گزارش شده‌اند، بالاترین مقدار است. همچنین، این نرخ حذف شش برابر بیشتر از کاتالیست ZnO خالص بود، در حالی که تقریبا ۱.۳ برابر بیشتر از فتوکاتالیست MZC بود. به عنوان تیمار اولیه pH محلول، فعالیت فتوکاتالیتیک به تدریج تحت روشنایی مریی تا pH بهینه ۱۰ افزایش یافت، که به ترتیب نرخ حذف ۴.۵ و ۱.۴ برابر کاتالیست MZG را نسبت به کاتالیست های ZnO و MZC خالص نشان داد. طراحی هتروجانکشن، کاهش اندازه دانه با گسترش جذب نوری، بهبود مساحت سطح، جلوگیری از نرخ ترکیب مجدد الکترون - حفره و انتقال سریع حامل‌های بار تولید شده با نور به سطح فتوکاتالیست به دلیل آمپدانس پایین‌تر آن، استراتژی‌های کارآمدی برای افزایش عملکرد فتوکاتالیستی در نظر گرفته شدند. فتوکاتالیست MZG پایداری فتوکاتالیستی موثری را تحت روشنایی مریی نشان داد که بازده را حدود ۱۰۰ % پس از پنج چرخه حذف MB حفظ کرد. به طور مشابه، تست‌های قابلیت استفاده مجدد XRD و PL فتوکاتالیست MZG هیچ تفاوتی در پاسخ‌های ساختاری و انتشار آن نشان نداد. نتایج موثر و ارزان فتوکاتالیست و پایداری قوی فتوکاتالیست MZG به طور مثال مسیرهای جدیدی را برای طراحی فتوکاتالیست های نور دیده بالقوه برای کاربردهای صنعتی برجسته می‌کند.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Analytical Chemistry
  • ترجمه مقاله Analytical Chemistry
  • مقاله شیمی تجزیه
  • ترجمه مقاله شیمی تجزیه
  • مقاله Filtration and Separation
  • ترجمه مقاله Filtration and Separation
  • مقاله تصفیه و جداسازی
  • ترجمه مقاله تصفیه و جداسازی
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.