home Tecnologia de manufatura Equipamentos de Fabricação
Manufaturação industrial
Internet das coisas industrial | Materiais industriais | Manutenção e reparo de equipamentos | Programação industrial |
home  MfgRobots >> Manufaturação industrial >  >> Industrial materials >> Nanomateriais

A preparação da nanoestrutura de casca de gema de Au @ TiO2 e suas aplicações para degradação e detecção de azul de metileno

Resumo


Este artigo relata a síntese de um novo tipo de Au @ TiO 2 nanoestruturas de casca de gema, integrando o método de pulverização catódica com a técnica de deposição de camada atômica (ALD) e suas aplicações como fotocatalisador acionado por luz visível e substrato de espectroscopia Raman de superfície aprimorada (SERS). Tanto o tamanho quanto a quantidade de nanopartículas de ouro confinadas em TiO 2 nanotubos podem ser facilmente controlados por meio do ajuste adequado do tempo de pulverização catódica. A estrutura e morfologia únicas do Au @ TiO 2 resultante as amostras foram investigadas usando várias técnicas espectroscópicas e microscópicas em detalhes. Verificou-se que todas as amostras testadas podem absorver luz visível com uma absorção máxima em comprimentos de onda de ressonância plasmônica de superfície localizada (LSPR) (550-590 nm) que são determinados pelo tamanho das nanopartículas de ouro. The Au @ TiO 2 Compósitos de gema-casca foram usados ​​como fotocatalisador para a degradação do azul de metileno (MB). Em comparação com TiO puro 2 nanotubos, Au @ TiO 2 os compósitos exibem propriedades fotocatalíticas melhoradas em relação à degradação do MB. O efeito SERS de Au @ TiO 2 Os compósitos gema-casca também foram realizados para investigar a sensibilidade de detecção do MB.

Histórico


Nanocompósitos heterogêneos de metal / semicondutor têm atraído tremendo interesse de pesquisa em virtude de suas propriedades físico-químicas únicas e aplicações potenciais na conversão de energia solar [1], biomedicina [2], espalhamento Raman intensificado por superfície [3], diodos emissores de luz [4 ], e remediação ambiental [5]. Motivado por suas várias aplicações, um grande número de esforços tem sido feito para projetar e modular as composições, nanoestruturas e dimensões de tais materiais [6,7,8]. Por exemplo, Yin et al. [9] sintetizou nanoestruturas híbridas de ZnO / Ag e ZnO / Pd e descobriram que a deposição de Ag ou Pd em ZnO melhorou tremendamente a atividade fotocatalítica de ZnO. Sun et al. [10] demonstrou que Au-Fe 3 O 4 nanopartículas com interações em nanoescala entre Au e Fe 3 O 4 exibiu uma rica variedade de propriedades magnéticas, físicas e químicas.

Nos últimos anos, avanços significativos na síntese controlada de metais / semicondutores aplicados à fotocatálise foram feitos devido aos problemas ambientais cada vez mais graves, como poluição do ar [11, 12] e potenciais aplicações técnicas na conversão de energia [13]. Entre os vários compósitos de metal / semicondutor que foram propostos, aqueles envolvendo TiO 2 e nano Au são os mais práticos, pois tal heteroestrutura tem forte ressonância de plasmon de superfície localizada (LSPR) na faixa do espectro visível e o torna um novo tipo de fotocatalisador de resposta de amplo espectro [14,15,16]. Outra função vantajosa de Au / TiO 2 nanocompósitos é que as nanopartículas de Au funcionam como armazenamento de elétrons, reduzindo efetivamente a recombinação de pares elétron-buraco fotoexcitados e, eventualmente, aumentando o rendimento quântico da fotocatálise [17, 18]. Algumas investigações inovadoras baseadas em Au / TiO 2 sistema composto aplicado na degradação de corantes orgânicos, divisão da água solar e conversão de compostos orgânicos demonstraram suas características fotocatalíticas de luz visível eficientes, indicando um papel crucial dos efeitos plasmônicos do Au desempenhados no Au / TiO 2 sistema [17, 19, 20].

No entanto, uma das principais limitações do Au / TiO 2 nanocompósitos traduzidos em aplicações práticas é a fraca estabilidade dos catalisadores de ouro suportados. As excelentes propriedades apresentadas nas nanopartículas originais podem enfraquecer, pois tendem a se aglomerar e crescer em partículas maiores sob uma variedade de condições de reação [21, 22]. E em alguns outros casos, foi provado que nanopartículas de Au depositadas nas superfícies de TiO 2 são susceptíveis de sofrer corrosão ou dissolução durante uma reação catalítica [23]. O projeto e a construção de compósitos estruturados com casca e gema são considerados um método eficaz para resolver esses problemas. Gong et al. [24] relatou a fabricação de nanorod de ouro @ TiO 2 Catalisadores de casca de gema com diferentes razões de aspecto de nanobastão de ouro por meio de um método mediado por sementes. Os nanocompósitos híbridos multicomponentes também apresentam as atividades fotocatalíticas aumentadas na reação de oxidação do álcool benzílico. Zaera e colaboradores [21] relataram a síntese e caracterização de um novo Au @ TiO 2 Catalisador nanoestruturado com casca de gema, mostrando uma atividade promotora comparável àquelas observadas com Au / TiO mais convencional 2 catalisadores, mas uma estabilidade melhorada contra a sinterização. Kim et al. [25] nanoestruturas plasmônicas núcleo-casca sintetizadas consistindo em Au – TiO 2 compatível com SiO 2 esferas em células solares sensibilizadas com corante (DSSCs), que exibiram eficiências de conversão de energia observáveis ​​aprimoradas de ~ 14%. Apesar dos enormes esforços de pesquisa feitos, a síntese fácil de Au @ TiO 2 compósitos com uma estrutura de núcleo-casca / gema-casca bem definida ainda permanecem um desafio para aplicação em massa.

Recentemente, muitos estudos confirmaram que a quiralidade controlada em nanoescala pode induzir um maior efeito LSPR porque uma nanoestrutura quiral multihélica pode dar origem a birrefringência induzida em escala microscópica e gerar o efeito Kerr causado por um campo elétrico induzido em escala macroscópica [26, 27,28]. Neste estudo, o Au @ TiO 2 Nanocompósitos de casca de gema com estrutura semelhante a fibra helicoidal foram sintetizados com sucesso por uma estratégia controlável e fácil. As nanopartículas de ouro carregadas na superfície das nanobolas de carbono (CNCs) foram produzidas por pulverização iônica. O TiO 2 filmes com espessura altamente uniforme e controlada podem ser integrados de forma estável na superfície de nanopartículas de ouro por uma tecnologia de deposição de camada atômica (ALD). Seguido por uma etapa de recozimento, o Au @ TiO 2 nanocompósitos foram obtidos. O método desenvolvido acima também pode ser estendido para fabricar outro metal (Pt, Ag) @TiO 2 Nanocompósitos de casca de gema com uma nanoestrutura helicoidal. Como um fotocatalisador representativo, as atividades fotocatalíticas do Au @ TiO 2 obtido nanocompósitos foram avaliados pela degradação do azul de metileno (MB) sob irradiação de luz visível. Além disso, as atividades de espectroscopia Raman de superfície aprimorada (SERS) de Au @ TiO 2 nanocompósitos também foram investigados por meio da detecção de MB.

Experimental

Síntese de Au @ TiO 2


CNCs usados ​​como modelos foram preparados pelo método de deposição de vapor químico conforme relatado anteriormente. Resumidamente, nanopartículas de acetileno e cobre foram usadas como fonte de carbono e os catalisadores apropriados, respectivamente. O crescimento dos CNCs foi realizado à pressão atmosférica em tubo de quartzo horizontal. Uma placa de cerâmica contendo os catalisadores de cobre foi colocada no reator. Depois que o tubo foi aquecido a 250 ° C em vácuo, acetileno foi introduzido no reator [29,30,31]. Depois que o aparelho foi resfriado à temperatura ambiente, os CNCs preparados foram obtidos.

Os CNCs obtidos foram dispersos em etanol sob agitação ultrassônica e depois pintados uniformemente na superfície de uma lâmina de vidro. Após ser seca ao ar ambiente, a camada de Au foi depositada por um instrumento de pulverização iônica (Hitachi, E-1010). O tamanho e a espessura dos filmes de Au foram determinados pela corrente de descarga e tempo de pulverização catódica. Nesta etapa, a corrente de descarga foi de 10 mA e o tempo de sputtering variou de 30 a 120 s. As amostras obtidas foram marcadas como CNCs @ Au- x , em que x refere-se ao tempo de pulverização catódica (segundos). Posteriormente, as amostras foram dispersas em etanol por agitação ultrassônica e, em seguida, espalhadas em um wafer de quartzo para ser revestido com TiO 2 pelo processo ALD. ALD é um tipo de técnica de preparação de revestimento em fase de vapor e pode atingir o controle preciso da espessura e excelente uniformidade dos filmes [32,33,34,35,36]. O processo ALD foi realizado em um reator ALD tipo fluxo de parede quente a 145 ° C com tetraisopropanolato de titânio (TTIP) e H desionizado 2 O usado como precursores de titânio e oxigênio, respectivamente. Finalmente, após o processo ALD, as nanobolas revestidas acima foram calcinadas a 450 ° C por 2 h em ar sob pressão ambiente para remover os núcleos de carbono e o TiO helicoidal 2 foram obtidas estruturas de casca de gema de Au revestidas. Para comparação, o TiO puro 2 tubo helicoidal também foi coletado por TiO calcinado 2 CNCs revestidos sem sputtering Au e são indicados como TiO 2 na discussão a seguir.

Caracterização do material


Os padrões de difração de raios-X (XRD) foram registrados em um difratômetro Bruker D8 Advance com cobre Kα ( λ =0,154056 nm) fonte de radiação. Imagens de microscopia eletrônica de varredura (SEM) foram adquiridas com um microscópio Hitachi S-4800. Microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de elétrons de área selecionada (SAED) e imagens de TEM de alta resolução (HRTEM) foram obtidas usando um instrumento de microscópio JEOL JEM-2100 operado a 200 kV. Os dados de espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) foram adquiridos usando um espectrômetro PHI5000 Versaprobe-II com uma fonte monocromática Al Kα (1486,6 eV). Os espectros de absorção óptica foram registrados usando um espectrofotômetro de absorção PerkinElmer Lambda 750s UV-Vis-NIR. Os espectros de espalhamento Raman foram registrados em um espectrômetro Raman Renishaw Invia Reflex Laser. O comprimento de onda de excitação foi de 514 nm de um laser de íon argônio resfriado a ar com uma potência efetiva de 2 mW.

Avaliação das atividades fotocatalíticas


As atividades fotocatalíticas dos catalisadores foram investigadas pela fotodegradação de corantes MB em soluções aquosas usando o procedimento descrito abaixo. Dois miligramas de catalisador foram espalhados uniformemente em um fotorreator de 100 mL equipado com tubos de água de resfriamento circulante. Em seguida, 20 mL de soluções MB 0,01 mg / mL foram adicionados ao fotorreator. Antes da fotoirradiação, o sistema foi ultrassonicamente misturado por 2 min e magnético bidirecional agitado por 30 min, ambos no escuro, a fim de equilibrar a adsorção-dessorção entre os fotocatalisadores e MB. A suspensão contendo fotorreator de 100 mL acima foi então irradiada sob uma lâmpada de xenônio de 300 W (Beijing Perfectlight Technology Co. Ltd., PLS-SXE300C) com filtros de corte de modo que comprimentos de onda de luz entre 420 e 780 nm alcançassem as soluções. Durante o processo de reação fotocatalítica, a intensidade de irradiação foi de ~ 154 mW cm −2 e a água de resfriamento foi mantida fluindo para dissipar o efeito térmico do sistema. Em intervalos de tempo a cada 10 min por um tempo total de 90 min, uma porção (1 mL) das suspensões foi pipetada e imediatamente diluída para 3 mL, e 2 mL de sobrenadante foram coletados após a separação centrífuga. Eventualmente, a concentração residual de MB no sobrenadante foi analisada usando um espectrofotômetro UV-Vis-NIR no comprimento de onda característico da solução ( λ MB =664 nm).

Resultados e discussão

Morfologia e análise da estrutura de fase


A Figura 1a exibe um fluxo de preparação esquemático de Au @ TiO 2 heteroestrutura da casca da gema, incluindo Au sputtering, TiO 2 processos de revestimento e calcinação. A Figura 1b-e mostra imagens TEM típicas correspondentes aos procedimentos acima. Os CNCs usados ​​como gabarito inicial neste trabalho têm diâmetro de fibra uniforme, diâmetro da bobina e passo da bobina, e o diâmetro médio da fibra é de cerca de 80 nm (Arquivo adicional 1:Figura S1). Após o tratamento de pulverização catódica de Au, a camada externa de CNCs foi revestida com numerosas nanopartículas de Au uniformes, como mostrado na Fig. 1c. Como pode ser visto na imagem TEM mostrada na Fig.1d, aplicando 200 ciclos ALD para TiO 2 deposição, um TiO uniforme 2 revestimento com uma espessura de cerca de 8 nm é revestido na superfície de Au / CNCs. Geralmente, a fase anatase de TiO 2 tem um desempenho fotocatalítico muito melhor do que o rutilo [37, 38]. Por esse motivo, escolhemos 450 ° C como uma temperatura de calcinação adequada para remover os núcleos de carbono e obter o Au @ TiO final 2 estrutura da casca da gema. Conforme exibido na Fig.1e, o TiO 2 nanotubos com nanopartículas de Au encapsuladas e espaço livre foram formados. Após todas as etapas de processamento, a elegante morfologia helicoidal dos CNCs iniciais pode ser bem mantida.

a Ilustração esquemática do processo sintético de Au-x @ TiO 2 . b - e Imagens TEM revelam a evolução morfológica

A cristalinidade e as estruturas de todas as amostras foram medidas por XRD. Conforme observado na Fig. 2a, os picos de difração para TiO 2 puro a amostra pode ser atribuída à fase de anatase bem cristalizada (JCPDS 21-1272), sem picos de impureza adicionais. Para Au / TiO 2 , os picos de difração adicionais na Fig. 2b-e podem ser bem indexados ao cúbico de face centrada (FCC) Au (JCPDS 01-1174), que formou o revestimento bem-sucedido de nanopartículas de Au na superfície de CNCs por pulverização iônica. O TiO 2 (004) pico em 38,2 ° tem grande sobreposição com o pico Au (111) em 38,3 °. É interessante que um pico fraco localizado a 35,5 graus na Fig. 2b – e pode ser indexado ao plano (020) de γ -Ti 3 O 5 , indicando que a razão atômica Ti / O não é exatamente 1/2 para Au / TiO 2 . No presente trabalho, a forte ação redutora da fibra de carbono e nanopartículas de Au sob alta temperatura provavelmente induz a produção de vacâncias de oxigênio e menores estados de oxidação do titânio. Além disso, devido à diminuição do conteúdo relativo para TiO 2 , pode-se observar que todos os TiO 2 os picos de difração tornam-se mais fracos com o aumento do tempo de pulverização catódica de 30 a 120 s.

Padrões de XRD. um TiO 2 . b Au-30 @ TiO 2 . c Au-50 @ TiO 2 . d Au-80 @ TiO 2 . e Au-120 @ TiO 2

A Figura 3 mostra as imagens TEM do TiO 2 e Au-x @ TiO 2 com diferentes tempos de sputtering de Au ( x significa tempo de pulverização catódica, x =30, 50, 80, 120). Para TiO 2 , pode-se observar que a amostra apresenta uma estrutura tubular helicoidal semelhante à dos gabaritos CNC. Nenhum colapso dos materiais da casca ocorreu durante o processo de recozimento para remover os núcleos de carbono. O TiO 2 a casca tem cerca de 8 nm de espessura após 200 ciclos. Por causa de um número atômico maior de Au em comparação com o de Ti em Au @ TiO 2 As nanopartículas de Au mostram um contraste mais escuro, resultando em uma morfologia da casca da gema claramente visível. O diâmetro médio das nanopartículas de Au aumenta claramente com o aumento do tempo de pulverização catódica. Isso equivale a cerca de 4,5, 5,5, 10,5 e 20,5 nm correspondendo ao tempo de pulverização catódica de 30, 50, 80 e 120 s, respectivamente (Arquivo adicional 1:Figura S2, a2-d2). Conforme mostrado na Fig. 3b-d, o TiO homogêneo 2 filme fino com espessura de cerca de 8 nm também é obtido para Au-30 @ TiO 2 , Au-50 @ TiO 2, e Au-80 @ TiO 2 nanocompósitos com o mesmo ALD TiO 2 deposição. No entanto, a espessura do TiO 2 shell para Au-120 @ TiO 2 diminui para cerca de 5 nm (Fig. 3e), o que pode ser atribuído à influência do grande tamanho e conglomerações significativas de nanopartículas de Au.

Imagens TEM. a TiO 2 . b Au-30 @ TiO 2 . c Au-50 @ TiO 2 . d Au-80 @ TiO 2 . e Au-120 @ TiO 2

As estruturas microscópicas detalhadas do TiO 2 e Au-30 @ TiO 2 nanocomposições foram investigadas por HRTEM. Conforme observado na Fig. 4a-b, ambos TiO 2 conchas e nanopartículas de Au são bem cristalizadas atribuídas a anatase TiO 2 (101) (0,3565 e 0,3501 nm) e redes cristalinas Au (111) (0,2399 nm), respectivamente. Deve-se observar que a interface em Au / TiO 2 As nanoestruturas da casca da gema são claramente visíveis (Fig. 4b) por causa do contraste diferente. Essa interface rica é importante para a seguinte aplicação de fotocatálise, pois pode fornecer o acesso para o transporte de elétrons quentes de nanopartículas de Au para TiO 2 sobre a excitação LSPR [20]. A inserção na Fig. 4b exibe o padrão SAED registrado no Au-30 @ TiO 2 nanoestrutura. Os anéis de difração claros podem ser atribuídos a (101) e (211) planos de cristal de anatase TiO 2 e (220) e (111) planos de cristal de Au, respectivamente, de acordo com os resultados de XRD. A fim de analisar o estado químico do Au e adquirir informações fundamentais detalhadas sobre a interação do Au com o TiO 2 , Au-30 @ TiO 2 nanocompósito foi investigado por medidas XPS. Os espectros de alta resolução de Ti 2p e Au 4f são apresentados na Fig. 4c e d, respectivamente. Conforme exibido na Fig. 4c, dois picos com a energia de ligação em aproximadamente 458,4 e 464,2 eV podem ser atribuídos a Ti 2p 3/2 e Ti 2p 1/2 componentes spin-órbita de Ti 4+ , respectivamente [39]. A Figura 4d mostra o espectro de Au 4f XPS com dois picos aparecendo em 83,6 e 87,4 eV para Au 4f 7/2 e Au 4f 5/2 níveis, respectivamente, sugerindo que espécies de Au existem como estado metálico. O deslocamento negativo relativo (0,4 eV) de Au 4f 7/2 pico em comparação com Au em massa (4f 7/2 em 84,0 eV) pode ser atribuído à transferência de elétrons de vacâncias de oxigênio do TiO 2 para Au, o que confirma o forte Au / TiO 2 interação [40, 41].

Imagens HRTEM de a TiO 2 e b Au-30 @ TiO 2 , em que a inserção superior direita em b mostra os padrões SAED de Au-30 @ TiO 2 nanoestrutura. XPS de alta resolução de c Ti 2p e d Au 4f de Au-30 @ TiO 2

A Figura 5 mostra os espectros de reflexão difusa de UV-Vis do TiO 2 e Au-x @ TiO 2 nanoestruturas. Uma banda de absorção intensa abaixo de 400 nm é observada para todas essas amostras, o que pode ser devido ao grande gap de anatase TiO 2 [42]. Comparado com TiO 2 , pode ser verificado que o Au-x @ TiO 2 tem não apenas uma absorção semelhante abaixo de 400 nm, mas também a faixa de absorção aprimorada de 400 a 800 nm com um amplo pico de absorção em cerca de 580 nm decorrente do efeito LSPR das nanopartículas de Au [43]. Esses resultados indicam que uma melhor atividade fotocatalítica para Au-x @ TiO 2 pode ser esperado sob irradiação de luz visível, especialmente para o Au-80 @ TiO 2 com maior intensidade de absorção. A ligeira mudança na absorção de LSPR para Au @ TiO 2 nanoestruturas com diferentes tempos de sputtering também são razoáveis, uma vez que a nanopartícula de Au é sensível ao seu tamanho e ao ambiente circundante [24, 42]. Estas observações declaram que o Au-x @ TiO 2 fotocatalisadores podem possuir uma faixa ajustável de coleta de luz através do ajuste da forma, diâmetro e morfologia das nanopartículas de Au [44].

Espectro de absorção de UV-Vis de TiO 2 e Au-x @ TiO 2

Atividade fotocatalítica


A remoção de poluentes orgânicos de águas residuais produzidas pela indústria e residências tem atraído muita atenção [45,46,47,48]. MB é frequentemente empregado como poluente direcionado para avaliar a eficiência catalítica em reações fotocatalíticas porque a cor azul do MB da absorção em 664 nm desapareceria gradualmente com o processo de degradação [49, 50] e pode ser facilmente monitorado por espectros de absorção de UV-Vis . As atividades fotocatalíticas do TiO 2 e Au-x @ TiO 2 os compósitos foram avaliados monitorando a absorbância do corante MB a 664 nm para detectar a taxa de degradação sob irradiação de luz visível (420 a 780 nm). As mudanças de concentração relativa de MB versus tempo de irradiação sobre os diferentes catalisadores são apresentadas na Fig. 6a. Para efeito de comparação, a atividade fotocatalítica de TiO puro 2 nanotubos foi examinado pela primeira vez. Pode-se descobrir que cerca de 60% do MB foi degradado com TiO 2 como fotocatalisador sob irradiação de luz visível por 90 min. A eficiência fotocatalítica relativamente baixa do TiO 2 é devido à sua fraca capacidade de absorção da luz visível. Comparado com o experimento em branco acima, o Au-x @ TiO 2 fotocatalisadores exibem maior eficiência de degradação e eficiência de degradação para Au-80 @ TiO 2 ascende a cerca de 90% nas mesmas condições experimentais. As propriedades fotocatalíticas promotoras podem ser atribuídas ao aumento da taxa de geração de elétron-buraco devido à presença de hetero-interface e a correspondente absorção de luz intensificada por plasmon [51, 52]. É conhecido que o plano de alta energia (200) do Au e a espessura do TiO 2 conchas são parâmetros importantes que afetam a atividade [24, 53]. Entre Au-x @ TiO 2 fotocatalisadores, com o aumento do tempo de sputtering, o pico de Au (200) exibe mais planos de alta energia, conforme mostrado na intensidade de pico de XRD correspondente. Além disso, Au-120 @ TiO 2 com TiO mais fino 2 a camada (5 nm) é incapaz de fornecer locais de reação suficientes para o consumo de elétrons. Assim, com base na espessura apropriada e semelhante de TiO 2 shell sobre diferentes Au-x @ TiO 2 , Au-80 @ TiO 2 mostra a atividade mais alta.

a Avaliação da concentração de MB versus tempo de reação em diferentes condições. b Reciclabilidade da degradação fotocatalítica da solução aquosa MB usando Au-80 @ TiO 2 com três ciclos

Como catalisadores heterogêneos, a reutilização do catalisador também é muito importante na aplicação prática. Realizamos três operações consecutivas para investigar a reutilização do Au-80 @ TiO 2 . Conforme mostrado na Fig. 6b, nenhuma desativação perceptível é observada, indicando excelente durabilidade de Au-80 @ TiO 2 . Imagem TEM de Au-80 @ TiO 2 (Arquivo adicional 1:Figura S3) após a reciclagem de três vezes, revela que as estruturas helicoidais da casca da gema dos catalisadores são bem mantidas, o que confirma ainda mais que o efeito confinado do TiO 2 nanotubos podem prevenir a perda de Au e, assim, aumentar a estabilidade dos catalisadores.

Com base nos resultados acima, propomos um processo fotocatalítico para a degradação de MB usando Au helicoidal @ TiO 2 nanoestruturas (Fig. 7). Sob irradiação de luz visível, elétrons quentes são produzidos pelo efeito LSPR da nanopartícula de Au dentro do TiO 2 nanotubo. Os elétrons subsequentes seriam transferidos do Au para a banda de condução do TiO 2 . A degradação do MB adsorvido começaria a partir de buracos (• Au + ) porque os orifícios podem limpar a água adsorvida da superfície, gerando espécies de radicais hidroxila altamente reativas [24, 51, 54]. Simultaneamente, o elétron é injetado na banda de condução do TiO 2 pode ser capturado por moléculas de oxigênio para formar radicais superóxidos reativos • O 2 - . Então, ele pode reagir ainda mais com H + para render ativo • HO 2 - e • radicais OH. Finalmente, os poluentes orgânicos podem ser destruídos por esses radicais em formação. Neste trabalho, acredita-se que a luz polarizada é girada pelo quiral helicoidal Au @ TiO 2 estrutura pode acelerar a excitação de LSPR, o que aumenta ainda mais a atividade fotocatalítica de Au helicoidal @ TiO 2 . Além disso, a molécula MB adsorvida pode ser excitada e transfere um elétron para a banda de condução de TiO 2 como o TiO puro 2 nanotubos mostram pouca atividade fotocatalítica sob irradiação de luz visível. Assim, o efeito de fotossensibilização do MB também deve levar a uma pequena parte da decomposição do MB.

Representação esquemática para o mecanismo de degradação fotocatalítica de MB sobre Au @ TiO 2

Atividade SERS


Para explorar a aplicação multifuncional de tais catalisadores, realizamos os outros experimentos usando Au-x @ TiO 2 como substratos SERS para detectar as moléculas MB adsorvidas na superfície das nanopartículas de ouro. Como podemos ver na Fig. 8a, após sondado com 1.0 × 10 −5 Em solução M MB, a atividade SERS do substrato como preparado diminui com o aumento do tempo de pulverização catódica de Au de 30 para 120 s. Este resultado indicou que Au-30 @ TiO 2 tem o desempenho SERS mais excelente, o que implica que nanopartículas de Au entraram em contato com TiO 2 nanopartículas podem formar um grande número de pontos quentes, o que pode facilitar o realce SERS eficaz [55]. Para explorar a influência de concentrações variáveis ​​de solução MB na capacidade de detecção de Au-30 @ TiO 2 , Medição Raman também foi realizada. Conforme apresentado na Fig. 8b, a intensidade do sinal Raman é diminuída com a diminuição das concentrações de MB variando de 10 −4 a 10 −6 M. O sinal Raman discernível de 10 −6 M MB com a banda Raman variando de 900 a 1500 cm −1 , indicando que Au-30 @ TiO 2 atuou como substrato SERS, pode detectar as concentrações de MB tão baixas quanto 10 −6 M, que mostra aplicações potenciais para detecção de poluentes [56].

a Os espectros SERS de 1,0 × 10 −5 Solução M MB coletada nos substratos com diferentes Au-x @ TiO 2 . b Os espectros SERS de MB com diferentes concentrações coletadas no Au-30 @ TiO 2 substrato

Conclusões


Neste estudo, sintetizamos com sucesso Au @ TiO 2 nanocompósitos heterogêneos de casca de gema com morfologia semelhante a uma bobina helicoidal e investigaram seu uso multifuncional, incluindo fotocatálise e o efeito SERS. A degradação da fotocatálise visível de MB mostra que o Au-x @ TiO 2 obtido compósito com o tempo de sputtering das nanopartículas de Au de 80 s mostra o maior desempenho fotocatalítico devido ao aumento da absorção de luz e à restrição da recombinação dos pares elétron-buraco fotoexcitados pelo efeito LSPR das nanopartículas de Au. As medições Raman sugerem que o Au-x @ TiO 2 podem ser usados ​​como substratos SERS-ativos eficientes. Considerando suas propriedades e recursos fascinantes, o novo nanocompósito heterogêneo pode fornecer inspiração em várias áreas, incluindo divisão de água e células solares. Além disso, a casca helicoidal Au @ TiO 2 sistema modelo estudado aqui pode ser estendido para o projeto de outras heteroestruturas, como Ag @ TiO 2 , Au @ ZnO e Au @ NiO, para aplicação em conversão solar.

Nanomateriais

  • Metal
  • Resina
  • fibra
  • Material compósito
  • Nanomateriais
  • Materiais Poliméricos
  • biológico
  • Corante
  • Especiarias
    1. Machine Learning e Intelligent Vision for the Industrial Edge
    2. Nanopartículas multifuncionais de ouro para aplicações diagnósticas e terapêuticas aprimoradas:uma revisão
    3. Nanopartículas para terapia do câncer:progresso e desafios atuais
    4. Preparação e propriedades magnéticas de nanopartículas de espinélio FeMn2O4 dopadas com cobalto
    5. Preparação de nanopartículas de mPEG-ICA carregadas com ICA e sua aplicação no tratamento de dano celular H9c2 induzido por LPS
    6. Fabricação, caracterização e citotoxicidade de nanopartículas de carbonato de cálcio derivadas de casca de ouro conjugada em forma esférica para aplicações biomédicas
    7. Uma Sonda Fluorescente Resumível BHN-Fe3O4 @ SiO2 Híbrida Nanoestrutura para Fe3 + e sua Aplicação em Bioimagem
    8. Platycodon saponins from Platycodi Radix (Platycodon grandiflorum) para a síntese verde de nanopartículas de ouro e prata
    9. Geração de espécies reativas de oxigênio em soluções aquosas contendo nanopartículas de GdVO4:Eu3 + e seus complexos com azul de metileno
    10. Cascas de diatomáceas de sílica adaptadas com nanopartículas de Au permitem a análise sensível de moléculas para aplicações biológicas, de segurança e ambientais