Нанокомпозит ZnO/SnO2 разлагает 98,07% красителя alizarine yellow R в воде за 60 минут при видимом свете

Исследовательская группа синтезировала нанокомпозитный фотокатализатор на основе оксида цинка и диоксида олова (ZnO/SnO2) и испытала его на токсичном азокрасителе alizarine yellow R (AYR) в водном растворе. По данным работы в BMC Chemistry, при оптимальных условиях материал разложил 98,07% красителя за 60 минут под видимым светом. Чистые ZnO и SnO2 за то же время достигли 63,10% и 52,47% biomedcentral.comBMC Chemistrybiomedcentral.comОткрыть источник ↗.

AYR — водорастворимый азокраситель, производный салициловой кислоты. Ароматические кольца и азосвязи делают его устойчивым к микробному разложению, нагреву и свету, поэтому он сохраняется в воде. Чистые ZnO и SnO2 имеют широкую запрещённую зону и в основном поглощают ультрафиолет, а их носители заряда быстро рекомбинируют.

Синтез и характеризация

Композит получили гидротермальным методом в сочетании с ультразвуковым прокаливанием. ZnO и SnO2 готовили отдельно, в обоих случаях с автоклавированием при 180 °C в течение 24 часов, затем смешали в массовом отношении 1:1, обрабатывали ультразвуком два часа, сушили при 80 °C и прокаливали при 350 °C два часа.

Рентгеновская дифракция показала пики обоих оксидов без посторонних фаз. Электронная микроскопия выявила агрегированные частицы неправильной формы, а картирование EDS — равномерное распределение элементов: 58,9% кислорода, 24,6% цинка и 16,5% олова (атомных). По данным XPS, цинк находится в двухвалентном состоянии, олово — в четырёхвалентном. Удельная поверхность составила 39,58 м²/г; авторы считают её умеренной и не главной причиной активности biomedcentral.comBMC Chemistrybiomedcentral.comОткрыть источник ↗.

Эффективность разложения

Оптическая ширина запрещённой зоны композита — 3,19 эВ против 3,24 эВ у ZnO и 3,31 эВ у SnO2, край поглощения сместился до 402 нм. По мнению авторов, это усилило поглощение видимого света.

Опыты проводили в сосуде на 500 мл под ксеноновой лампой 350 Вт. Оптимальные условия: 32 мг катализатора, 24 ppm красителя, pH 5, 30 °C. Без катализатора разложилось 4,30% красителя. Реакция описывалась кинетикой псевдопервого порядка с константой 0,0651 мин⁻¹ для композита против 0,0170 мин⁻¹ у ZnO и 0,0125 мин⁻¹ у SnO2.

Увеличение дозы катализатора с 8 до 32 мг повысило удаление с 47,69% до 98,07%; при 40 и 48 мг оно снизилось до 94,54% и 89,38%, что авторы объясняют агрегацией частиц и рассеянием света. Разложение также достигало максимума при 24 ppm красителя и падало при 30 и 36 ppm. Эксперименты с перехватом радикалов подтвердили участие реактивных радикалов. Катализатор сохранил эффективность в пяти последовательных циклах biomedcentral.comBMC Chemistrybiomedcentral.comОткрыть источник ↗.