納米技術(shù)被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最具影響力的技術(shù)之一。納米材料具有直徑范圍從大約 100 nm 到 1 nm 的結(jié)構(gòu)。它們獨(dú)特的物理化學(xué)和表面特征有助于生產(chǎn)創(chuàng)新材料和技術(shù)解決方案，以應(yīng)對(duì)已證明難以用傳統(tǒng)方法解決的挑戰(zhàn)。
納米材料表現(xiàn)出幾種理想的品質(zhì)，包括高強(qiáng)度、小質(zhì)量和具有顯著催化能力的活性表面。
納米技術(shù)在水凈化中的重要性
世界各地的人們都受到缺乏安全飲用水和缺乏基本衛(wèi)生設(shè)施的影響。為解決因缺乏清潔飲用水和基本衛(wèi)生設(shè)施而引起的不可否認(rèn)的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)問(wèn)題，已經(jīng)進(jìn)行了幾項(xiàng)努力。
由于有前景的技術(shù)的出現(xiàn)，進(jìn)一步研究使用納米技術(shù)作為水凈化手段已成為重中之重。
水的凈化和處理需要獨(dú)特的納米粒子，能夠快速、有效且廉價(jià)地從水中去除有害的有機(jī)污染物。
制造對(duì)污染物具有強(qiáng)選擇性和親和力的獨(dú)特納米粒子是納米技術(shù)研究的一個(gè)快速發(fā)展領(lǐng)域。
可以使用不同的合成工藝改變納米顆粒的尺寸和形式，包括化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠和熱解。
光催化如何幫助凈化水?
光催化是解決影響生態(tài)系統(tǒng)及其居民福祉的環(huán)境問(wèn)題的一種高度復(fù)雜的方法。
廢水中的有機(jī)污染物可分解為水、二氧化碳 (CO 2 ) 和其他小成分，而無(wú)機(jī)污染物可通過(guò)光催化還原或氧化為無(wú)毒化學(xué)品。
石墨氮化碳 (GCN) 是一種廉價(jià)、無(wú)毒、無(wú)金屬的光催化劑。它具有可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)的帶隙，可以耐受水性環(huán)境。
常用的金屬光催化劑產(chǎn)生的二次污染可以通過(guò)石墨氮化碳來(lái)防止，這是石墨氮化碳在實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)。
能量帶隙對(duì)光催化的重要性
能帶隙是半導(dǎo)體的一個(gè)重要特性，它也影響著石墨氮化碳的光催化行為。為了實(shí)現(xiàn)最佳光催化，導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能帶隙不應(yīng)大于 3 eV。
能量帶隙小于 3 eV 的材料可以捕獲可見(jiàn)光并表現(xiàn)出增強(qiáng)的光催化性能。
由于窄能帶隙、材料不穩(wěn)定性和快速?gòu)?fù)合，光催化材料的使用受到限制。
為了解決光催化材料的限制因素，已經(jīng)使用了不同的策略，例如使用蝕刻在碳基材料上的金屬氧化物納米粒子、摻雜非金屬和金屬以及制備異質(zhì)納米復(fù)合材料。
研究人員做了什么?
在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的 MnO2裝飾的石墨氮化碳納米復(fù)合材料，用于通過(guò)分解 RhB 染料來(lái)凈化水。
在兩種不同的環(huán)境中研究了 RhB 染料的特性：添加和不添加硼氫化鈉 (NaBH 4 )。
該團(tuán)隊(duì)還使用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)獲得的 Tauc 圖確定了所生產(chǎn)的納米復(fù)合材料的能帶隙，并在 XRD 和 FTIR 分析的幫助下進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。
重要發(fā)現(xiàn)
該團(tuán)隊(duì)制造了石墨氮化碳、MnO 2和 GCN/MnO 2納米顆粒，并使用 FTIR 和 XRD 分析進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。
他們發(fā)現(xiàn)所生產(chǎn)的納米復(fù)合材料的帶隙能量等于 2.75 eV。石墨氮化碳和MnO 2的帶隙能量分別為3.3和3.25 eV，大于納米復(fù)合材料的帶隙能量。
該團(tuán)隊(duì)將合成材料用于 RhB 染料的分解，他們還記錄了分解過(guò)程的活性參數(shù)、速率常數(shù)和還原時(shí)間。
在兩種情況下檢查 RhB 染料的分解：在陽(yáng)光的影響下和在添加劑 NaBH 4的影響下。對(duì)于兩種反應(yīng)設(shè)置，觀察到GCN/MnO 2 納米復(fù)合材料在分解過(guò)程中的光催化性能和速率常數(shù)均大于單獨(dú)的石墨氮化碳和 MnO 2的光催化性能和速率常數(shù)。
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