高稳定性Mn:ZnO/Mn2O3纳米复合光催化剂的制备及光催化特性

作者：柏明辉; 刘苋; 张秋平^*; 宋曼; 黎健鸿; 孙翼飞; 余飞; 袁欢; 苏元捷; **^*

来源：光子学报, 2023, 52(06): 321-334.

• 纳米光催化剂
• 离子掺杂
• 半导体复合
• Ⅱ型异质结
• 高分子网络凝胶法

采用修饰的高分子网络凝胶法成功制备了Mn2O3复合Mn掺杂ZnO纳米复合光催化剂(Mn:ZnO/Mn2O3)，并基于模拟太阳光照射下罗丹明B(RhB)及亚甲基蓝(MB)染料的光降解研究了催化剂光催化降解有机染料的特性。X射线衍射，扫描电子显微镜及BET比表面积测试结果显示，微量(0.1 mol%)Mn掺杂再复合微量(0.2 mol%)Mn2O3后，Mn:ZnO/Mn2O3的颗粒尺寸减小且分散性提高，有效比表面积增大。紫外-可见光吸收光谱表明，相对于纯ZnO,Mn:ZnO/Mn2O3在可见光区域的光吸收能力明显提高。光致发光光谱表明微量Mn掺杂和微量Mn2O3复合促进了光生电子-空穴对的分离。结合X射线光电子能谱，发现可见光吸收能力和光生电子-空穴对分离率的提高源于催化剂表面氧空位的增加以及Mn:ZnO和Mn2O3之间形成的Ⅱ型异质结结构。因此，Mn:ZnO/Mn2O3对RhB的降解展现出稳定且优越的光催化活性。然而，由于Mn2O3的带隙(Eg≈1.4 eV)过窄，其价带位置高于羟基自由基(·OH)的氧化还原电位，因此光生空穴的氧化电势过低，无法生成氧化能力更强的·OH，这导致Mn2O3复合ZnO光催化剂(ZnO/Mn2O3)对RhB和MB的光降解效率降低。此外，Mn:ZnO/Mn2O3对RhB和MB展现出选择性光降解行为，即对容易降解的MB的光降解效率明显降低。这种选择性光催化特性归因于光催化反应过程中活性物种之间的差异性以及催化剂零电荷点和初始染料溶液的pH值之间的关系。

• 单位
  电子薄膜与集成器件国家重点实验室; 西南民族大学; 电子科技大学