南京林业大学蒋少华团队：可见光光催化效率增强的La掺杂ZnO纳米纤维

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摘要

采用静电纺丝-煅烧技术制备了一系列La掺杂ZnO（La/ZnO）纳米纤维，并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱和(BET) 表面积对其形貌和结构进行分析。在可见光照射下，以Rh B为反应模板，考察了煅烧温度、La掺杂量、La掺杂ZnO浓度和罗丹明 B (Rh B)初始浓度对复合材料光催化效率的影响。结果表明，La掺杂量为1.5 at.%的La/ZnO 在可见光照射 510 分钟后对Rh B 降解率可达94.31%。La/ZnO 催化剂对Rh B光催化降解的动力学数据与 Langmuir-Hinshelwood一级(LHFO)动力学模型非常吻合。研究背景
淡水资源是所有生物体赖以生存和发展的最重要的资源之一。近来，随着全球经济和工业的快速发展，染料排放引起的水污染问题受到了研究人员的极大关注。先进的半导体光催化技术是一种可持续、有用且廉价的环境污染处理方法，可避免二次污染问题。一维(1D) ZnO 是一种光稳定性和无毒的II-VI 半导体材料，在紫外线照射下，可将污染物转化为 H₂O 和 CO₂ 的光催化剂。然而，ZnO由于带隙大，在太阳光下是不活跃的。为了提高纳米氧化锌对太阳光谱中的可见光的吸收效率，减少对电荷复合的抑制，研究者们采取了许多方法。其中，ZnO纳米结构的非金属（S、C、N、...）或特定金属元素（Co、Cu、Al、Mn等）掺杂已得到广泛研究。通过掺杂改性，可以增加ZnO的表面缺陷，从而减少光生载流子的复合，并将其吸收波长扩展到可见光区域。最近，稀土（RE）掺杂ZnO 引起了广泛关注，尤其是镧 (La) 和铈 (Ce)。传统的制备稀土元素掺杂ZnO的合成方法主要有溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法和声化学法等。材料的形貌和尺寸对光降解性能有显著的影响，La/ZnO 纳米粒子存在易内聚和回收性差的缺点，限制了它们在实际应用中的使用。
一维ZnO的纳米结构包括纳米管、纳米片、纳米棒和纳米线，可以显著降低晶界的势垒，减少电子传输的损失并提高电荷收集效率。静电纺丝技术是制备具有大比表面积的连续纳米纤维的一种简单高效的方法。通过静电纺丝制备的La/ZnO纳米纤维可有效地防止光催化剂纳米颗粒的团聚，并具有易分离和回收的优势。本文亮点

光催化技术是半导体材料在光照下其表面会受到激活，能使化合物在光和半导体材料协同作用下进行化学反应，以达到光解有机污染物的目的，是一种资源节约、环境友好的染料废水处理新型方法之一，具有速度快、深度氧化完全且不产生二次污染等优点。太阳能是一种绿色环保能源，它的储量丰富、清洁无污染。为了提高太阳能的利用率，研究开发新型环境友好型的可见光光催化剂具有重要的现实意义。本文通过简单的静电纺丝和煅烧技术，以稀土La为掺杂剂，合成了对环境友好的La掺杂ZnO（La/ZnO）可见光光催化剂，研究了La/ZnO在可见光下对Rh B降解的光催化性能。

启示
复合材料的制备工艺如煅烧温度和光催化反应操作因素（La掺杂量、La掺杂ZnO浓度和Rh B初始浓度）对复合材料光催化效率的影响显著。La掺杂能有效地提高ZnO对太阳光的吸收利用率和光催化效率。La/ZnO复合材料的Rh B降解性能稳定性，La/ZnO光催化剂在废水处理中具有良好的稳定性和回收性，有望成为实际应用中水污染处理的潜在候选材料。 通讯作者简介


蒋少华，男，教授，博士生导师。先后在德国马尔堡大学和拜罗伊特大学高分子化学系学习，并获得拜罗伊特大学自然科学博士学位。博士毕业后先后在德国Neue Materialien Bayreuth GmbH和TransMIT GmbH从事材料研发工作。2017年底入职南京林业大学材料科学与工程学院。先后入选2017年第八批“江苏特聘教授”， 2018年江苏省第十五批“六大人才高峰”高层次人才，2021年第三批国家林草局林草科技创新青年拔尖人才。主持国家及省级项目等十余项。迄今为止，在EES，AM，Nano Today，AFM，Angew. Chem.等发表论文论著100余篇，引用5400余次，H因子44，ESI高被引文章9篇。2020年起担任SCI期刊“E-POLYMERS”副主编，中国科技期刊卓越行动计划SCI期刊“Chinese Chemical Letters”青年编委，“Advanced Powder Materials”特聘编委，《化学试剂》青年编委。目前主要研究方向为纳米复合材料，包括但不限于1）木质基功能材料；2）三维多孔海绵/气凝胶及其应用；3）能源存储材料；4）电纺纤维及其应用；5）智能致动器；等等。本团队招聘副教授一名（同时具有超级电容器和电池背景优先考虑）；常年招收博士研究生2-3名，具有木质基复合材料经验者优先；有多孔材料、超级电容器、电化学传感器、锂电池等背景优先；招收硕士研究生3-6名，具有林业工程，材料工程，化学背景均可。联系人邮箱[e-mail]（蒋少华）。 文章信息

Shaoju Jian, Zhiwei Tian, Jiapeng Hu, Kaiyin Zhang, Lin Zhang, Gaigai Duan, Weisen Yang, Shaohua Jiang. Enhanced visible light photocatalytic efficiency of La-doped ZnO nanofibers via electrospinning-calcination technology[J]. Advanced Powder Materials. 
DOI:10.1016/j.apmate.2021.09.004
免费下载链接：
https://pan.baidu.com/s/111a9hWZbXQ2yw-hPl8Qdvw 
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Advanced Powder Materials，简称APM，中文刊名：先进粉体材料（英文），国际刊号ISSN：2772-834X。由中南大学主办，粉末冶金国家重点实验室和粉末冶金国家工程研究中心承办。致力于发表粉体材料领域及其交叉学科具有原创性和重要性的最新研究成果，将于2022年1月正式出版。欢迎大家关注与投稿！期刊将执行快速响应、公正严格、高标准的稿件评审制度。点击推送结尾处“阅读原文”即可进入投稿系统。

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