Fe复合ZnO催化剂制备及其光催化固氮性能研究
Preparation of Fe Composite ZnO Catalyst and Its Photocatalytic Performance for Nitrogen Fixation
DOI: 10.12677/japc.2024.132034, PDF,    科研立项经费支持
作者: 张 稳, 王小慧, 朱 浩, 孟紫一, 孙海杰*:郑州师范学院化学化工学院,河南 郑州
关键词: Fe复合ZnO光催化固氮Fe Complex ZnO Photocatalysis Nitrogen Fixation
摘要: 本文以ZnSO4·7H2O与FeSO4·7H2O为原料采用沉淀还原法制备了不同含量Fe复合ZnO催化剂。通过X射线衍射仪(XRD)、紫外–可见漫反射(UV-Vis)和电化学组抗图、肖特基等表征手段对催化剂的物相、吸光特性、光生电子电阻和移动性能等进行了研究。研究结果发现随Fe含量的增加,复合ZnO催化剂光吸收强度逐渐增加,能带间隙逐渐减小,光生电子转移阻力减小,移动速度增加,光生电子空穴发生复合率降低,越容易活化氮分子与氢离子生成铵离子,复合ZnO催化剂光催化固氮性能逐渐升高。当Zn与Fe物质的量比为4:6,干燥温度为90℃时,制备的Fe复合ZnO催化剂固氮性能最好,NH4 浓度达到了12.8175 μg·gcat1
Abstract: In this paper, ZnSO4·7H2O and FeSO4·7H2O were used as raw materials to prepare composite ZnO catalysts with different contents of Fe by precipitation reduction method. The phase, absorption properties, photoelectronic resistance and mobility of the catalysts were studied by X-ray diffractometry (XRD), UV-Vis, electrochemical reactance diagram and Schottky characterization methods. The results show that with the increase of Fe content, the photo absorption strength of the composite ZnO catalyst increases gradually, the band gap decreases gradually, the photogenerated electron transfer resistance decreases, the movement speed increases, the photogenerated electron does not recombine with the hole, the easier it is to activate nitrogen molecules and hydrogen ions to form ammonium ions, and the photocatalytic nitrogen fixing performance of the composite ZnO catalyst increases gradually. When the dosage ratio of Zn to Fe is 4:6 and the drying temperature is 90˚C, the nitrogen fixation performance of Fe composite ZnO catalyst is the best, and the concentration of NH4 reaches 12.8175 μg·gcat−1.
文章引用:张稳, 王小慧, 朱浩, 孟紫一, 孙海杰. Fe复合ZnO催化剂制备及其光催化固氮性能研究[J]. 物理化学进展, 2024, 13(2): 290-297. https://doi.org/10.12677/japc.2024.132034

参考文献

[1] 李丽, 余愿, 孙东峰, 等. Ru单原子负载g-C3N4催化剂的制备及其光催化固氮性能研究[J]. 中国材料进展, 2021, 40(3): 234-240.
[2] 葛建华, 张万, 丁修龙, 等. S掺杂BiOBr的制备及其光催化固氮性能研究[J]. 分子催化, 2022, 36(3): 245-252.
[3] 江瑞斌, 王宇阳, 马丽霞. 表面等离激元光催化固氮研究进展[J]. 中国材料进展, 2021, 40(7): 481-492.
[4] 新型. 中科院高能所在光催化固氮研究中取得进展[J]. 化工新型材料, 2020, 48(11): 282.
[5] 毛成梁, 张礼知. 基于表面氧空位的光催化固氮材料[J]. 中国材料进展, 2019, 38(2): 83-90.
[6] 高鑫椿, 李佳昕, 宋沐遥, 等. ZnO的改性及其在能源催化领域中的应用新进展[J]. 化工新型材料, 2022, 50(9): 65-69.
[7] 刘瑞杰, 富笑男, 郭叶飞, 等. Ce3 掺杂ZnO光催化性能的研究[J]. 功能材料, 2022, 53(11): 11184-11191.
[8] 马莹莹, 刘昳帆, 郭珊珊, 等. Cu、C共负载ZnO光催化剂固氮性能及机理[J]. 无机化学学报, 2022, 38(2): 274-284.
[9] 赵钊, 关壬铨, 张俊凯, 等. 具有氧空位的TiO2纳米结构光催化固氮性能研究[J]. 吉林师范大学学报(自然科学版), 2019, 40(4): 24-27.
[10] 葛建华, 李佳, 丁修龙, 等. P掺杂BiOBr的制备及其光催化固氮性能研究[J]. 功能材料, 2022, 53(11): 11163-11169.
[11] 王雪晶, 马瑞霄, 徐娟, 等. 缺陷半导体用于光催化固氮的研究进展[J]. 硅酸盐通报, 2022, 41(3): 1053-1062.
[12] 陈琦, 周煜, 朱继秀, 等. 富表面氧空位Fe2O3/ZnO催化剂在光催化合成氨中的应用[J]. 无机化学学报, 2020, 36(2): 426-434.
[13] 徐林华, 李相银, 袁俊. Fe掺杂对ZnO薄膜的微结构与光学性质的影响[J]. 郑州大学学报(工学版), 2008, 29(4): 33-37.
[14] 周婷婷, 马书懿, 毛雷鸣, 等. Fe的不同掺杂量对ZnO薄膜光致发光的影响[J]. 功能材料, 2009, 40(12): 1961-1963.
[15] 翁定悦, 姬儒雪, 阴羿辰, 等. 金属掺杂氧化锌的光催化研究进展[J]. 化学研究, 2023, 34(2): 153-164.
[16] 封娜, 王元有, 舒适, 等. 可见光响应Fe掺杂ZnO的制备及光催化性能的研究[J]. 化学研究与应用, 2019, 31(12): 2106-2111.
[17] 孙海杰, 程圆, 田源, 等. BiOI/g-C_3N_4催化剂的制备及其光催化降解罗丹明B性能[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 36-44.