Synthese en prestatie-evaluaties van ZnCoS/ZnCdS met dubbele kristalstructuur voor multifunctionele redox-fotokatalyse in energietoepassingen

Ons team bestudeert hybride nanostructuren voor schone energie en omgevingen, met de nadruk op nanokatalytische mechanismen om efficiëntie, selectiviteit en schaalbaarheid te verbeteren bij zonne-naar-chemische omzetting en milieuherstel via fotokatalyse en elektrokatalyse. Recente ontwikkelingen omvatten 2D-nanomaterialen, koolstofgebaseerde nanocomposieten en metabisulfiet-gebaseerde heterojuncties voor fotoredoxtoepassingen in waterstofevolutie, CO2-omzetting, plastichervorming en organische synthese, waardoor zonne-energie tot chemische efficiëntie en duurzaamheid worden verhoogd. Mijn werk richt zich op het creëren van geavanceerde nanokatalysatoren voor kunstmatige fotosynthese en fotothermische katalyse, waarbij ik aanzienlijke verbeteringen heb bereikt in de door zonne-energie aangedreven waterstof- en synthesegasproductie, terwijl ik de fundamentele oppervlaktechemie en reactiemechanismen die duurzame energieconversies aandrijven, heeft gedraaid.

Ons protocol maakt gebruik van zink-kopersulfide over zink-cadmiumsulfide tussen quick-throw-, wurtziet- en zinkblende-verbindingen en zink-kopersulfide elektronenreservoirs, waardoor superieure ladingsseparaties, gebruik van zichtbaar licht en dual-function waterstofevoluties en benzaldehydeproductie mogelijk worden gemaakt met aanzienlijk verhoogde efficiëntie. Mijn toekomstonderzoek richt zich op het ontwerpen van geavanceerde fotokatalysatoren en elektrokatalysatoren voor koolmonoxideconversie, methaanconversie, nitraat-naar-ammoniakomzetting, waterstofproductie en -opslag, biomassaconversie en plastic-upcycling, met als doel schaalbare, efficiënte en duurzame zonne-naar-chemische energietoepassingen met een efficiëntie van meer dan 5%. Om te beginnen plaats je een beker van 100 milliliter op het werkoppervlak en giet je 40 milliliter ethyleenglycoloplossing erin. Voeg met een spatel zinkacetaatdihydraat, kobaltacettetrahydraat en thioacetamide toe aan de oplossing.

Onderwerp de oplossing gedurende 30 minuten aan ultrasone behandeling. Roer het vervolgens vier uur lang continu op kamertemperatuur. Breng het resulterende mengsel over in een 100 milliliter synthetische, polymeerbeklede, roestvrijstalen autoclave.

Daarna doe je de oplossing in een voorverwarmde oven en verhit je het 12 uur op 180 graden Celsius. Met een centrifuge verzamel je het donkergrijze neerslag. Was vervolgens het neerslag drie keer, elk met gedeïoniseerd water en ethanol.

Droog het gewassen donkergrijze monster een nacht in een oven op 60 graden Celsius om een donkergrijs zinkkobaltsulfidepoeder te verkrijgen. Om zinkcadmiumsulfide te synthetiseren, giet je 40 milliliter gedeïoniseerd water in een bekerglas van 100 milliliter. Voeg met een spatel zinkacetaatdihydraat, cadmiumacetaatdihydraat, natriumsulfidehydraat en thioacetamide toe aan de oplossing.

Onderwerp de oplossing 30 minuten aan ultrasone behandeling, gevolgd door drie uur roeren bij omgevingstemperatuur. Voeg vervolgens 0,2 molaire natriumhydroxide-waterige oplossing druppelwijs toe aan de geroerde oplossing om de pH aan te passen naar 7,0. Breng de aangepaste oplossing over in een 100 milliliter synthetisch polymeerbeklede, roestvrijstalen autoclave.

Plaats de oplossing vervolgens in een oven en verwarm hem 24 uur op 180 graden Celsius. Gebruik een centrifuge om het gelige neerslag op te vangen en het neerslag drie keer te wassen, elk met gedeïoniseerd water en ethanol. Doe het gewassen gelige neerslag in een oven en droog het een nacht op 60 graden Celsius om zink-cadmiumsulfide vast poeder te verkrijgen.

Om de fotokatalysator te synthetiseren, los je 4 milligram zinkkobaltsulfide en 0,196 gram zinkcadmiumsulfide op in 40 milliliter gedeïoniseerd water. Na de ultrasonicatie verzamel je het gelige neerslag, en was je het monster drie keer, elk met gedeïoniseerd water en ethanol. Doe de gewassen geelachtige neerslag in een oven en droog het een nacht op 60 graden Celsius.

Het eindproduct is een gelachig zinkkobaltsulfide en zinkcadmiumsulfide vast poeder. Voeg 20 milligram van de gesynthetiseerde fotokatalysator en 60 milliliter benzulalcoholwaterige oplossing toe aan een bekerglas van 100 milliliter. Plaats de beker in een ultrasone reiniger en voer 30 minuten een echosografie uit.

Vervolgens breng je de oplossing over in een driehalsige top-bestralingsreactorcel en plaats je een magnetische roerstang. Houd de oplossing gedurende het hele reactieproces langzaam roeren. Verbind vervolgens een vochtafscheider aan de stroomafwaartse zijde van de reactorcel.

Verbind vervolgens de uitlaat met de gasmonsterlusinlaat van het gaschromatografiesysteem. Verbind verder de uitlaat van de gasmonsterlus met de inlaat van de reactorcel om een gesloten gascirculatiesysteem te vormen. Sluit de reactor af met een glazen raam.

Vervolgens spoel je stikstofgas met een debiet van 50 milliliter per minuut gedurende 30 minuten door de reactor om alle lucht erin te verwijderen. Zet nu de peristaltische pomp aan en stel de debiet in op 20 milliliter per minuut om het stikstofgas in het gesloten gascirculatiesysteem te circuleren. Zet de xenonlamp aan op 15 volt en plaats deze zo dat het licht door het glazen raam gaat en de oplossing in de reactor bereikt.

Zodra de reactie voltooid is, filter je met een 0,22 micrometer nylon spuitfilter één milliliter van de suspensie. Verdun de gefilterde suspensie met gedeïoniseerd water in een verhouding van 1 op 9. Gebruik tenslotte een hoogpresterende vloeistofchromatografiesysteem uitgerust met een fotodiode-arraydetector en een hoogpresterende kolom van 100 Ångström.

De hoogresolutie transmissie-elektronenmicroscopiebeelden bevestigden het co-existenter van zinkblende- en wurtzietfasen in zinkcadmiumsulfide, en een interfasegrens onderscheidde duidelijk de twee kristallijne domeinen. De interfasestructuur van de zinkkobaltsulfide en de zinkcadmiumsulfide heterojunctie werd duidelijk waargenomen, wat de succesvolle opname van zinkkobaltsulfide op de zinkblende- en wurtzietinterfasen van zinkcadmiumsulfide aantoonde. De UV-zichtbare absorptiespectra toonden aan dat zinkcadmiumsulfide een hogere absorptie had in het zichtbare gebied vergeleken met zinkkobaltsulfide, en de zinkkobaltsulfide en zinkcadmiumsulfide heterojunctie vertoonden een licht verhoogde absorptie ten opzichte van alleen zinkcadmiumsulfide.

De optische bandkloof van zinkcadmiumsulfide werd berekend op ongeveer 2,49 elektronen op basis van talk plot-analyse. Stikstofadsorptie/desorptie-isothermen toonden aan dat de zink kobaltsulfide en zink cadmium sulfide monsters mesoporeuze kenmerken vertoonden, met een scherpe toename van adsorptie bij relatieve druk rond 1,0. De poriegrootteverdeling van zinkkobaltsulfide en zinkcadmiumsulfide was voornamelijk geconcentreerd tussen 25 en 35 nanometer, wat de mesoporeuze aard van het materiaal bevestigt.