开发简单有效的光催化系统对于水处理应用至关重要。

在今日材料：论文集上发表的一篇论文中，通过罗丹明 B (RhB) 染料的光催化分解，原位生产了一种独特的 MnO 2装饰的石墨氮化碳纳米复合材料，用于水净化。

纳米材料导论

纳米技术被认为是二十一世纪最具影响力的技术之一。纳米材料具有直径范围从大约 100 nm 到 1 nm 的结构。它们独特的物理化学和表面特征有助于生产创新材料和技术解决方案，以应对已证明难以用传统方法解决的挑战。

纳米材料表现出几种理想的品质，包括高强度、小质量和具有显着催化能力的活性表面。

纳米技术在水净化中的重要性

世界各地的人们都受到缺乏安全饮用水和缺乏基本卫生设施的影响。为解决因缺乏清洁饮用水和基本卫生设施而引起的不可否认的环境、经济和社会问题，已经进行了几项努力。

由于有前景的技术的出现，进一步研究使用纳米技术作为水净化手段已成为重中之重。

水的净化和处理需要独特的纳米粒子，能够快速、有效且廉价地从水中去除有害的有机污染物。

制造对污染物具有强选择性和亲和力的独特纳米粒子是纳米技术研究的一个快速发展领域。

可以使用不同的合成工艺改变纳米颗粒的尺寸和形式，包括化学气相沉积、溶胶-凝胶和热解。

光催化如何帮助净化水？

光催化是解决影响生态系统及其居民福祉的环境问题的一种高度复杂的方法。

废水中的有机污染物可分解为水、二氧化碳 (CO 2 ) 和其他小成分，而无机污染物可通过光催化还原或氧化为无毒化学品。

石墨氮化碳 (GCN) 是一种廉价、无毒、无金属的光催化剂。它具有可见光驱动的带隙，可以耐受水性环境。

常用的金属光催化剂产生的二次污染可以通过石墨氮化碳来防止，这是石墨氮化碳在实际应用中的一个显着优势。

能量带隙对光催化的重要性

能带隙是半导体的一个重要特性，它也影响着石墨氮化碳的光催化行为。为了实现最佳光催化，导带和价带之间的能带隙不应大于 3 eV。

能量带隙小于 3 eV 的材料可以捕获可见光并表现出增强的光催化性能。

由于窄能带隙、材料不稳定性和快速复合，光催化材料的使用受到限制。

为了解决光催化材料的限制因素，已经使用了不同的策略，例如使用蚀刻在碳基材料上的金属氧化物纳米粒子、掺杂非金属和金属以及制备异质纳米复合材料。

研究人员做了什么？

在这项研究中，该团队开发了一种独特的 MnO 2装饰的石墨氮化碳纳米复合材料，用于通过分解 RhB 染料来净化水。

在两种不同的环境中研究了 RhB 染料的特性：添加和不添加硼氢化钠 (NaBH 4 )。

该团队还使用紫外-可见分光光度计获得的 Tauc 图确定了所生产的纳米复合材料的能带隙，并在 XRD 和 FTIR 分析的帮助下进行了结构表征。

重要发现

该团队制造了石墨氮化碳、MnO 2和 GCN/MnO 2纳米颗粒，并使用 FTIR 和 XRD 分析进行了结构表征。

他们发现所生产的纳米复合材料的带隙能量等于 2.75 eV。石墨氮化碳和MnO 2的带隙能量分别为3.3和3.25 eV，大于纳米复合材料的带隙能量。

该团队将合成材料用于 RhB 染料的分解，他们还记录了分解过程的活性参数、速率常数和还原时间。

在两种情况下检查 RhB 染料的分解：在阳光的影响下和在添加剂 NaBH 4的影响下。对于两种反应设置，观察到GCN/MnO 2 纳米复合材料在分解过程中的光催化性能和速率常数均大于单独的石墨氮化碳和 MnO 2的光催化性能和速率常数。