Пошаговый синтез наноцветков Au @ CdS-CdS и их улучшенные фотокаталитические свойства

Введение

Солнечная энергия в настоящее время признана самым чистым и богатым источником энергии. Преобразование солнечной энергии в другие формы энергии с использованием полупроводникового фотокатализатора рассматривается как идеальный способ решения энергетического кризиса и загрязнения окружающей среды [1, 2]. Чтобы в полной мере использовать солнечную энергию, были спроектированы и разработаны многие фотокатализаторы на основе полупроводников [3, 4]. Среди них CdS с подходящей шириной запрещенной зоны около 2,4 эВ для эффективного поглощения солнечного света в видимой области спектра является одним из немногих фотокатализаторов, управляемых видимым светом [5]. Однако высокая скорость рекомбинации носителей заряда и фотокоррозия серьезно снижают фотокаталитическую эффективность CdS.

В последние годы гибридные наноструктуры привлекают большое внимание из-за их физико-химических свойств [6,7,8,9]. По сравнению с соответствующим индивидуальным компонентом гибридные наноструктуры на основе CdS демонстрируют лучшие характеристики в определенных областях применения благодаря расширенному диапазону поглощения света и улучшенному разделению зарядов. Yu et al. построили уникальный тройной сульфид - [ZnS-CdS-Cu _2-x S] -ZnS-гетеронаностержень, который демонстрирует расширенную область поглощения и эффективное разделение зарядов, что приводит к улучшенным характеристикам преобразования солнечной энергии [10]. Xu et al. синтезировали сферический и стержневой CdS @ TiO ₂ наночастицы ядро-оболочка (CSN), которые демонстрируют превосходные фотокаталитические характеристики для селективных окислительно-восстановительных реакций при облучении видимым светом [11, 12]. Z-схема в CdS-Au-TiO ₂ Трехкомпонентная система нанопереходов проявила более высокую фотокаталитическую активность, чем одно- и двухкомпонентные системы, из-за переноса электронов по разработанному маршруту [13]. Хотя было синтезировано много гибридных наноструктур на основе CdS, контролируемый синтез гибридных наноструктур с желаемыми компонентами, структурами и кристаллическими фазами остается серьезной проблемой.

Как важная ветвь гибридных наноструктур, металл-полупроводниковые наноструктуры широко изучаются как новый тип усовершенствованного функционального материала [14,15,16,17,18,19]. Среди них гибридные наноструктуры Au-CdS привлекают все большее внимание из-за взаимодействия между плазмоном и экситоном. Плазмонные наноструктуры обладают значительной способностью концентрировать световую энергию на наномасштабе, что происходит из их природы как коллективных колебаний поверхностных электронов металла с падающим светом на согласованных частотах [20]. Когда металлы гибридизуются с полупроводниками, такая способность плазмоники по управлению светом в наномасштабе может быть использована для повышения эффективности фотовозбуждения в полупроводниках [21]. В нанонаучных исследованиях создание сложных наноструктур путем управления размером и формой нанокристаллов имеет решающее значение для изучения их новых свойств [22,23,24,25]. К настоящему времени гибридные наноструктуры Au-CdS различных форм были приготовлены и применены в оптических компонентах, сенсорах, фотоэлектрических и фотокаталитических устройствах [26,27,28,29,30]. Однако о трехмерной иерархической структуре нанокомпозитов Au-CdS с четко определенной морфологией сообщалось редко. Синтез сложных нанокомпозитов - очень сложная задача, потому что эти наночастицы требуют чрезвычайно высоких навыков подготовки и не всегда практичны.

Здесь мы конструируем похожие на цветок наночастицы Au @ CdS-CdS (наноцветки Au @ CdS-CdS) с помощью стратегии поэтапного синтеза. Которая имеет иерархические гетероструктуры, построенные эпитаксиальным выращиванием одномерных наностержней CdS на поверхности Au @ CdS CSN, и гетерогенную структуру между Au и CdS. Синтезированные наноцветки Au @ CdS-CdS демонстрируют расширенную область поглощения, которая достигает до 850 нм и покрывает весь видимый диапазон. Наноцветки Au @ CdS-CdS демонстрируют повышенную фотокаталитическую активность по сравнению с CSN Au @ CdS и аналогами CdS при видимом облучении. Основываясь на его размере, морфологии и структуре, мы предложили возможный механизм роста, который, вероятно, будет полезен исследователям в столь разных областях, как медицина, энергетика и электроника, которые часто создают сложные наночастицы, которые, как предполагается, будут иметь полезные функции. P>

Методы

Синтез наноцветков Au @ CdS-CdS

Все химические вещества, полученные от Aladdin, были реагентами аналитической степени чистоты и использовались без дополнительной очистки. Коллоиды Au со средним диаметром 50 нм были синтезированы традиционным методом Френса [31], а CSN Au @ CdS были получены с использованием опубликованного гидротермального метода [32]. Обычно водный раствор l-цистеина (Cys, 99%) смешивали с тетрагидратом нитрата кадмия (99%) в соотношении 2:1 M Cys к Cd ²⁺ . . 2 мл l-цистеин-Cd ²⁺ (Cys / Cd ²⁺ ) смесь добавляли к 10 мл коллоидов Au и перемешивали в течение 15 мин, затем полученное Au- (Cys / Cd ²⁺ ) разбавляли водой до 50 мл и переносили в автоклав из нержавеющей стали с тефлоновым покрытием (вместимостью 100 мл). После герметизации автоклав нагревали и выдерживали при 130 ° C в течение 6 часов. Для покрытия толстой оболочки CdS на наночастицах Au, 10 мл Cys / Cd ²⁺ смесь добавляли в коллоиды Au (10 мл) при неизменных других условиях реакции.

Затем были синтезированы наноцветки Au @ CdS-CdS следующим образом:полученные коллоиды Au @ CdS CSN (10 мл), 1 мл 10 мМ Cys / Cd ²⁺ смесь и 20 мл этилендиамина (En,> 99%) смешивали и перемешивали в течение 15 минут, а затем переносили в автоклав из нержавеющей стали с тефлоновым покрытием (вместимость 50 мл). Герметичный автоклав нагревали до 180 ° C и выдерживали при этой температуре в течение 10 часов, а затем давали остыть до комнатной температуры. Продукт собирали и несколько раз промывали дистиллированной водой и этанолом для удаления оставшихся ионов и примесей.

Аналоги CdS были синтезированы следующим образом:4 мл Cys / Cd ²⁺ смесь и 20 мл воды добавляли в реактор и перемешивали в течение 15 минут, затем герметично закрывали и нагревали до 130 ° C в течение 6 часов. Продукты охлаждали естественным путем до комнатной температуры и несколько раз промывали дистиллированной водой и этанолом. Наконец, образцы были диспергированы в абсолютном этаноле.

Характеристики материалов

Измерения дифракции рентгеновских лучей (XRD) образцов выполняли на усовершенствованном дифрактометре Bruker D8, а спектры поглощения в УФ-видимой области тестировали на фотометре PerkinElmer Lambda 35. Изображения с автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа (FE-SEM) и энергодисперсионного рентгеновского спектрометра (EDS) были получены на приборе JSM-7001F. Модель просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) JEM-2010, рабочее напряжение 200 кВ. Изображения, полученные с помощью просвечивающего электронного микроскопа высокого разрешения (HR-TEM), также были протестированы на JEM-2010 с рабочим напряжением 200 кВ. Спектры фотолюминесценции (ФЛ) измеряли на Perkin-Elmer LS-55 с длиной волны возбуждения 400 нм. Измерения фототока (кривые i – t) проводились в стандартной трехэлектродной системе ячеек с использованием электрохимической станции CHI660C без смещения под дуговой лампой 300 Вт Xe в качестве источника света. Очищенное стекло ITO с нанесенным фотокатализатором, чешуйки Pt и электрод Ag / AgCl, соответственно, использовали в качестве рабочих электродов, противоэлектрода и электрода сравнения. Na ₂ SO ₄ (0,2 М) использовался в качестве электролита.

Измерение фотокаталитической активности

Оптическая система, используемая для фотокаталитической реакции, состояла из ксеноновой лампы (300 Вт) и двух полосовых фильтров (с полосой пропускания 400–780 нм и 600–780 нм), обеспечивающих облучение в видимом диапазоне. Четыре типа фотокатализаторов, включая наночастицы Au, аналог CdS, Au @ CdS толщиной и наноцветки Au @ CdS-CdS, были использованы для разложения раствора родамина 6G (R6G). Обычно 6 мг фотокатализатора добавляли в 20 мл раствора R6G (1,0 × 10 ^-5 M) и перемешивали в течение 30 мин в темноте для достижения адсорбционного равновесия перед облучением. Фотокаталитические эксперименты проводились в двух диапазонах облучения:400–780 нм и 600–780 нм соответственно. Затем 2,5 мл раствора экстрагировали каждые 10 мин и центрифугировали для удаления фотокатализатора. Спектры поглощения фильтрата в УФ-видимом диапазоне регистрировали с использованием фотометра PerkinElmer Lambda 35 для отслеживания каталитической реакции. Все эксперименты по фотокатализу проводились при комнатной температуре на воздухе. Разложение R6G было определено следующим образом:

Деградация (%) =[( C ₀ - С _t ) / C ₀ ] × 100.

где C ₀ начальная концентрация R6G, C _t - концентрация R6G через определенное время после фотокаталитической реакции.

Результаты и обсуждение

Механизм синтеза наноцветков

Поэтапный процесс синтеза наноцветов Au @ CdS-CdS показан на рис. 1. Сначала синтезируются наночастицы Au со средним размером около 50 нм. Слой CdS осаждается на поверхности наночастиц Au в результате гидротермальной реакции с образованием CSN Au @ CdS. Затем наностержни CdS выращиваются на поверхности CSN Au @ CdS смешанным сольвотермическим методом для создания иерархических наноструктур Au @ CdS-CdS. L-цистеин и этилендиамин играют важную роль в синтезе наноцветов Au @ CdS-CdS. l-цистеин, имеющий три функциональные группы (SH, COOH, NH ₂ ), служит как источником серы, так и связывающим агентом, компенсируя несоответствие решеток кристаллов Au и CdS [32]. Кристаллическую фазу можно контролировать, вводя этилендиамин в качестве реагента, определяющего структуру, при росте наностержней CdS [33]. Кроме того, нам очень сложно синтезировать наноцветки Au @ CdS-CdS путем добавления коллоидов Au, Cys / Cd ²⁺ смесь и этилендиамин вместе в одинаковых условиях. Следовательно, промежуточный продукт CSN Au @ CdS необходим для синтеза наноцветов Au @ CdS-CdS, поскольку поверхность оболочки CdS не является гладкой, и эти выступы становятся «центрами роста» для эпитаксиального роста наностержней CdS.

Схематическое изображение процессов синтеза наноцветов Au @ CdS-CdS

Пример морфологии и структуры

СЭМ-изображения наночастиц в каждой процедуре показаны на рис. 2a – c. Наночастицы Au показали, что они однородны по размеру и хорошо диспергированы. ЗНС Au @ CdS показаны на рис. 2б, на котором единичные наночастицы Au или CdS наблюдались редко. Поверхность оболочки CdS была зазубрена, и на вставленном ПЭМ-изображении можно было наблюдать выпуклости. Как показано на рис. 2c, нанокристаллы Au @ CdS-CdS представляли собой четко определенные цветочные наночастицы с хорошей дисперсией. На рис. 2г показано ПЭМ-изображение CSN Au @ CdS с толстой оболочкой из CdS (обозначенной как Au @ CdS Thick). На рис. 2д показано ПЭМ-изображение наноцветов Au @ CdS-CdS. Видно, что одномерные наностержни CdS выращивались эпитаксиально на поверхности CSN Au @ CdS. Диаметр и длина наностержня CdS составляли примерно 16 нм и 40 нм соответственно. Изображение наноцветов Au @ CdS-CdS, полученное с помощью ПЭМ-ВР, показано на рис. 2е. Шаг решетки 0,34 нм в наностержнях соответствовал кристаллическим плоскостям (002) вюрцита CdS. Свежеприготовленные наностержни CdS представляли собой монокристаллы с преимущественным направлением роста [001], осью c [34]. Анализ EDS дополнительно подтвердил элементный состав наноцветов Au @ CdS-CdS, как показано на рис. 2g, что указывает на присутствие элементов Cd, S и Au. Нанокристаллы CdS однородного размера показаны на рис. 2з. Кроме того, цвета раствора коллоидов Au, тонкого Au @ CdS, наноцветов Au @ CdS-CdS, аналогов CdS и толстого Au @ CdS были красное вино, пурпурный, зеленый, желтый и зеленый, соответственно, показанные на рис. . 2i.

а , b , ч СЭМ-изображения наночастиц Au, Au @ CdS с тонкой оболочкой и аналогов CdS соответственно. г ПЭМ-изображения Au @ CdS с толстой оболочкой. c , e , f , г СЭМ, ПЭМ, изображение ВР-ПЭМ и профиль EDS наноцветов Au @ CdS-CdS. я Фотографии их раствора цветов

Картины XRD образцов, полученных в процессе синтеза нанацветков Au @ CdS-CdS, показаны на рис. 3. Наблюдались пики XRD наночастиц Au, а пики при 2θ =38,2, 44,2 и 64,75 были связаны с (111 ), (200) и (220) соответственно ГЦК кристалла Au (JCPDS 04-0784). Для кристаллов CdS пики при 2θ =25, 26,5, 28,2, 43,8, 47,8 и 51,9 обусловлены плоскостями (100), (002), (101), (110), (103) и (112) кристалл вюрцита CdS (JCPDS 41-1049). На дифрактограммах кристаллов Au @ CdS CSN и Au @ CdS-CdS наблюдались дифракционные пики кристаллов ГЦК Au и вюрцита CdS соответственно. Следует отметить, что интенсивность дифракционного пика кристаллической плоскости (002) была намного выше, чем других пиков в нанокристаллах Au @ CdS-CdS. Это указывает на то, что дифракционный пик кристаллической плоскости (002) является заметным, а наностержни CdS были выращены в направлении [001], что соответствовало результатам HR-TEM.

Рентгенограммы CSN Au, CdS, Au @ CdS и наноцветов Au @ CdS-CdS

Оптические свойства образца

Оптические свойства пяти образцов были проанализированы измерениями в УФ-видимой области, как показано на фиг. 4. Положение края полосы коллоидов CdS было менее 500 нм. Коллоиды Au размером 50 нм демонстрируют поглощение поверхностного плазмонного резонанса (ППР) с центром при 530 нм. Покрытие наносфер Au тонким слоем CdS привело к красному сдвигу плазмонного пика до 568 нм. С увеличением толщины оболочки CdS положение ППР сместилось в красную область до 623 нм и 635 нм в наноцветках Au @ CdS и Au @ CdS-CdS соответственно. Экспериментальные результаты показали, что с увеличением толщины оболочки CdS пик поглощения ППР наночастиц Au демонстрирует непрерывный красный сдвиг, поскольку положение ППР металла зависит от размера, формы металла и окружающей среды. Подобные явления наблюдались в Au @ SiO ₂ . , Au @ Cu ₂ O и Au-Fe ₃ О ₄ гибридные системы наноструктур [35,36,37]. Положение края полосы наноцветов Au @ CdS-CdS достигало 850 нм, что могло лучше улавливать видимую область солнечного света (400–760 нм) для повышения фотокаталитической активности.

Спектры поглощения в УФ и видимой областях образцов:аналоги CdS, наночастицы Au и наноцветы Au @ CdS и Au @ CdS-CdS, соответственно

Свойства светоиндуцированного переноса заряда

Спектры фотолюминесценции (ФЛ) синтезированных наноцветов Au @ CdS-CdS, CSN Au @ CdS, аналогов CdS и коллоидов Au представлены на рис. 5а. Коллоиды золота имели слабый пик ФЛ при ~ 600 нм. Спектр ФЛ аналогов CdS показал доминирующую полосу излучения при 530 нм и меньший пик на плече при 598 нм. Полоса при 530 нм может быть отнесена к типичному экситонному полосно-полосному излучению CdS. Плечо на 598 нм может быть связано с захваченной эмиссией, которая возникает из-за структурных дефектов в кристалле CdS. Однако спектральная интенсивность ФЛ гибридной структуры была значительно снижена, и излучение CdS в наноцветках Au @ CdS-CdS было более тушено, чем в CSN Au @ CdS. Поскольку уровень Ферми Au был расположен на + 0,5 В относительно нормализованного водородного электрода (NHE), он был ниже уровня зоны проводимости CdS (-1,0 В по сравнению с NHE). После возбуждения CdS свободные электроны в зоне проводимости будут переходить к сердцевине Au из-за разницы энергий [32, 38]. Механизм фотоиндуцированного переноса заряда привел к уменьшению вероятности электрон-дырочной рекомбинации и подавлению экситонной эмиссии в CdS. Вероятность рекомбинации фотогенерированных электрона и дырки была выше в CSN Au @ CdS, вероятно, из-за высокого содержания CdS. Подобные цветку гибридные наноструктуры Au @ CdS-CdS представляют собой идеальную исследовательскую платформу для изучения механизма фотоиндуцированного переноса заряда для гетероперехода металл-полупроводник. Результаты нестационарного фототока, полученные для наноцветов Au @ CdS-CdS, толщиной Au @ CdS и аналогов CdS, показаны на рис. 5b. Было легко заметить, что фототок на Au @ CdS-CdS был значительно улучшен по сравнению с фототоком на Au @ CdS толстом и аналогах из CdS. Повышенный фототок по нанокомпозиту Au @ CdS-CdS предполагал более эффективное разделение фотоиндуцированных электронно-дырочных пар и более длительный срок службы фотогенерированных носителей заряда, чем у холостого CdS, что благоприятно сказывалось на его фотокаталитической активности.

а Спектры ФЛ коллоидов Au, толщиной Au @ CdS, Au @ CdS-CdS и аналогов CdS соответственно. б Сравнение переходного фототокового отклика наноцветов Au @ CdS-CdS толщиной Au @ CdS и аналогов CdS, облученных видимым светом λ ≥ 400 нм в 0,2 M Na ₂ SO ₄ водный раствор без смещения по сравнению с Ag / AgCl

Применение материалов

Наноцветки Au @ CdS-CdS обладают улучшенной способностью улавливать видимый свет и обладают свойствами фотоиндуцированного разделения зарядов, которые имеют потенциальную ценность в определенных областях применения. Фотокаталитическую активность Au @ CdS-CdS при облучении 400–780 нм детектировали с использованием красителя родамина 6Ж в качестве мишени для фотодеградации. Для сравнения, наночастицы Au, аналоги CdS и толщина Au @ CdS также были испытаны в тех же условиях. На рис. 6а представлены спектры поглощения растворов R6G в УФ и видимой областях при различных временах облучения с использованием наноцветков Au @ CdS-CdS. Интенсивность пика поглощения раствора R6G быстро уменьшалась со временем освещения, а его характеристический пик поглощения также сдвигался с 528 нм на 507 нм. Через 40 минут концентрация R6G почти не изменилась, что позволяет предположить, что реакция разложения завершилась. На рисунке 6б показано нормированное изменение концентрации растворов R6G с наночастицами Au, аналогами CdS и толщиной Au @ CdS и наноцветками Au @ CdS-CdS. Без катализатора изменение концентрации R6G может быть незначительным. Среди катализаторов скорость фотодеградации наноцветов Au @ CdS-CdS была значительно выше, чем у других материалов. Через 40 минут 86% раствора R6G разложилось в системе наноцветов Au @ CdS-CdS, тогда как только 71%, 46% и 12% раствора R6G разложились в Au @ CdS толстой, аналогах CdS и Система наночастиц Au соответственно.

а Спектры поглощения растворов R6G при различных временах облучения при использовании наноцветов Au @ CdS-CdS в качестве фотокатализатора при облучении 400–780 нм. б C _t / C ₀ Графики зависимости фотодеградации R6G от времени облучения в присутствии различных фотокатализаторов

Как видно на рис. 6б, гибридные наноструктуры проявляют лучшую фотокаталитическую активность по сравнению с соответствующими однокомпонентными. Встраивание плазмонных металлических нанокристаллов в полупроводниковые наноструктуры значительно улучшило фотокаталитические характеристики последних за счет LSPR первых [39, 40]. Концентрированный и рассеянный свет наночастиц золота способствовал увеличению поглощения света CdS, что привело к генерации большего количества экситонов. Гетеропереход между Au и CdS будет способствовать разделению и переносу заряда. Кроме того, скорость фотокаталитики наноцветов Au @ CdS-CdS была явно выше, чем у толстых Au @ CdS, хотя они имели одинаковый размер и сходный спектральный диапазон поглощения. Это может быть связано с особой морфологией наноцветов Au @ CdS-CdS, которые имеют большую удельную поверхность, что означает, что они могут обеспечивать больше реакционных центров. При той же массе площадь поверхности наноцветов была более чем в 4,67 раза больше, чем у наносфер. Подробные расчеты приведены в дополнительном файле 1. Таким образом, наноцветки Au @ CdS-CdS обладают превосходной фотокаталитической активностью среди всех образцов.

Существует несколько основных механизмов, таких как механизм ближнего поля, рассеяние света и инжекция горячих электронов, которые могут быть описаны для фотокаталитической реакции, усиленной плазмонами. Чтобы проверить расширенный диапазон поглощения наноцветов Au @ CdS-CdS, независимо от того, усиливают ли фотокаталитическую активность или нет, мы провели фотокаталитические испытания при освещении λ =600–780 нм. На рис. 7а показано поглощение в УФ и видимой областях спектра R6G, разрушенного наноцветами Au @ CdS-CdS, при освещении λ =600–780 нм. Фотокаталитическая активность по разложению R6G четырьмя фотокатализаторами показана на рис. 7b. После 60-минутного облучения деградация наночастиц Au, аналогов CdS, Au @ CdS толщиной и наноцветов Au @ CdS-CdS составила 9,8%, 15%, 34% и 45% соответственно. Скорость фотодеградации в системах гибридных наноструктур была выше, чем у однокомпонентных кристаллов. Фотокаталитическая активность гибридных наноструктур была улучшена за счет расширенного диапазона поглощения, поскольку CdS не возбуждался при падающем свете выше 516 нм. В то время как пик поглощения наночастиц Au в наноцветах Au @ CdS-CdS составил около 650 нм. При освещении 600–780 нм горячие электроны генерировались из Au и переходили в зону проводимости CdS во время релаксации [41, 42]. Для дальнейшей оценки долговечности и возможности повторного использования этих фотокатализаторов тот же образец центрифугировали и повторно диспергировали в 20 мл H ₂ O, содержащий 10 ⁻⁵ M R6G для многократных циклических тестов. Рисунок 8a демонстрирует, что эффективность фотодеградации R6G остается почти неизменной в течение трех последовательных циклов испытаний, что свидетельствует о высокой стабильности наноструктур Au @ CdS-CdS.

а Спектры поглощения растворов R6G при различных временах облучения с использованием наноцветов Au @ CdS-CdS в качестве фотокатализатора при облучении 600–780 нм. б C _t / C ₀ Графики зависимости фотодеградации R6G от времени облучения в присутствии различных фотокатализаторов

а Циклы проводятся для фотокаталитического разложения красителя R6G над наноцветами Au @ CdS-CdS при облучении видимым светом (400–780 нм). б Два механизма разделения заряда для наноцветов Au @ CdS-CdS при облучении 400–780 нм и 600–780 нм соответственно

И плазмонный Au, и узкозонный полупроводник CdS чувствительны к видимому свету в наноструктуре Au-CdS. Таким образом, ожидается, что в наноцветах Au @ CdS-CdS будут существовать два различных фотоиндуцированных механизма разделения и переноса зарядов в зависимости от падающей энергии возбуждения, как показано на рис. 8b. В конкретном случае, если возбужден только CdS, электроны будут переходить из зоны проводимости CdS в Au. Точно так же, если возбуждается только Au, электроны перескакивают из состояния поверхностного плазмона Au в зону проводимости CdS. Но ситуация усложняется, когда и Au, и CdS возбуждаются вместе. Возможен перенос электронов обоими путями, хотя более вероятен перенос от полупроводника к металлу [43,44,45]. Повышенная вероятность разделения зарядов улучшит фотокаталитическую активность гибридных наноструктур металл-полупроводник, поскольку разделенные электроны и дырки будут иметь высокую вероятность участия в каталитических реакциях. Обычно отверстия могут окислять органические загрязнители или молекулы воды с образованием ^· OH, и в то же время фотогенерированные электроны легко захватываются окисляющими веществами или другими активными веществами с образованием O ₂ ^{· -} . О ₂ ^{· -} и ^· ОН обладают высокой эффективностью окисления и отличной химической активностью, которая может окислять подавляющее большинство органических красителей. Синтез иерархических наноцветов Au @ CdS-CdS откроет новую перспективу для рационального дизайна и управляемого синтеза гибридных наноструктур с высокими фотокаталитическими свойствами.

Заключение

Иерархические наноцветы Au @ CdS-CdS были успешно получены пошаговым методом. В полученных наногибридах наностержни CdS выращивались эпитаксиально на поверхности CSN Au @ CdS. Наноцветки Au @ CdS-CdS проявили превосходную фотокаталитическую активность по отношению к деградации R6G при облучении λ =400–780 нм и λ =600–780 нм соответственно. Иерархические наноцветки Au @ CdS-CdS имели три преимущества:во-первых, гетероструктура улучшала разделение и перенос фотогенерированных электронно-дырочных пар; во-вторых, иерархическая структура обеспечивает больше участков реакции; и, в-третьих, расширенный диапазон поглощения повысил способность улавливать свет. Кроме того, мы предложили возможный механизм ступенчатого синтеза наноцветов Au @ CdS-CdS, который можно было бы использовать для получения других наногибридов металл-полупроводник со сложной морфологией для будущих областей чистой энергетики и восстановления окружающей среды.

Сокращения

CSN:

Наноструктуры типа "ядро-оболочка"

Cys:

l-цистеин

Cys / Cd ²⁺ :

l-цистеин-Cd ²⁺

EDS:

Энергодисперсионный спектрометр

En:

Этилендиамин

FE-SEM:

Сканирующий электронный микроскоп с автоэмиссией

HR-TEM:

Просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения

НП:

Наночастицы

PL:

Фотолюминесценция

ТЕМ:

Просвечивающий электронный микроскоп

УФ-видимый:

Видимость в ультрафиолете

XRD:

Рентгеновская дифракция