Слоистые материалы WO3 / p-Type-GR для ускоренного фотокаталитического разложения антибиотиков и устройство для анализа механизмов

Введение

Сбор солнечной энергии для производства электроэнергии, один из многообещающих методов разумного и устойчивого развития, вызвал множество исследовательских интересов. С этой целью фотокаталитическое расщепление воды генерирует водород и кислород из воды, которая играет все более важную роль в качестве чистой энергии [1]. В этом аспекте типичными представителями являются недорогие и высокоэффективные фотокатализаторы, например WO ₃ и TiO ₂ [2]. Многие отчеты показали, что формирование полупроводниковых композитов может эффективно получать новые активные фотокаталитические системы из-за улучшения разделения носителей заряда [3]. Графен (GR), самый тонкий и прочный материал, обладает множеством необычных химических и физических свойств благодаря своей уникальной двумерной структуре с сотовой углеродной решеткой. Полупроводниковый материал на основе сложного оксида графена, например WO ₃ / GR, считается одним из лучших фотокатализаторов в высокоэффективном фотоэлектрохимическом расщеплении воды благодаря его устойчивости к эффекту фотокоррозии и эффективному переносу электронов [4, 5]. Таким образом, гибридный нанокомпозит на основе сложного оксида и полупроводника графена вызвал большой исследовательский интерес из-за его огромного потенциала в последнее десятилетие для различных приложений, например, NO ₂ сенсор, электрохромные материалы, суперконденсатор и фотокатализатор [6,7,8,9,10,11,12].

Учитывая превосходные фотокаталитические характеристики WO ₃ / GR, были проведены многочисленные исследования, чтобы выявить основной механизм, в котором графен улучшает WO ₃ характеристики, связанные с переносом заряда на фото, и несколько хорошо известных объяснений. Например, Wu et al. считали, что графен может служить электронно-акцепторным материалом и уменьшать рекомбинацию фотовозбужденных электронно-дырочных пар, тем самым увеличивая эффективность фотопреобразования [13]. Кроме того, WO ₃ наностержни могут обеспечить еще один возможный путь электронов между WO ₃ и связанные нанолисты rGO, тем самым демонстрируя превосходную каталитическую активность в видимом свете для производства водорода и проясняя каталитический механизм Z-схемы [14,15,16,17].

Кроме того, было проведено несколько экспериментов для объяснения механизмов оксидных полупроводниковых материалов и гибридного нанокомпозита графена [18,19]. Pang et al. использовал метод мечения изотопом кислорода-18 в качестве мощного инструмента для анализа сложных фотокаталитических механизмов на TiO ₂ поверхность [20]. Недавно несколько групп сообщили, что свет может быть использован для обеспечения легирования заряда в графене, что может улучшить понимание и использование графеновых переходов Шоттки в оптоэлектронике и электронике [21, 22]. Более того, фотоиндуцированное легирование происходит из светопоглощающего материала на границах раздела графеновой гетероструктуры, и недавно оно продемонстрировало уникальные характеристики устройства и физические эффекты. Фотогенерированные заряды в результате взаимодействия света с веществом передаются графену, что приводит к изменению электронной структуры графена. Примечательно, что такой подход бесконтактного легирования, которым легко управлять, не гарантирует отсутствие дополнительных дефектов [23].

В данном исследовании слоистые материалы WO ₃ Были нанесены / GR, характеристики которых исследованы методами спектроскопии комбинационного рассеяния, УФ-видимой спектроскопии и СЭМ. Все результаты показывают, что р-графен появляется и улучшает характеристики WO ₃ / ГР пленка. Фотокаталитическую активность слоистых материалов оценивали по фотокаталитической деградации окситетрациклиновых антибиотиков под воздействием УФ-излучения. Характеристики спектров циклической вольтамперометрии и электрохимического импеданса свежего WO ₃ / GR, непосредственно изготовленный на медной фольге в УФ-свете с использованием электрохимических свойств, был получен здесь и по сравнению с традиционным WO ₃ катализаторы. Для изучения механизмов переноса заряда, связанных с фотоиндуцированным легированием, пакеты слоистых материалов большой площади WO ₃ / GR были разработаны на подложке Si с использованием модифицированного метода химического осаждения из паровой фазы, а WO ₃ / GR и WO ₃ устройства были разработаны путем нанесения на электродный материал золотой фольги для сравнения. Характеристики WO ₃ / GR были проанализированы и сравнены с данными из WO ₃ за счет фотоиндуцированных эффектов легирования с помощью вольт-амперных испытаний. Поведение p-графена при переносе заряда может быть изменено для улучшения фотокаталитической способности. Кроме того, графен использовался в качестве фотогенерируемого акцептора электронов и эффективно подавлял рекомбинацию зарядов в WO ₃ / GR слоистые материалы.

Экспериментальный раздел

Характеристика WO ₃ / GR тонкий чешуйчатый транзистор:сначала графеновые пленки большой площади порядка сантиметров были сформированы на медных подложках путем химического осаждения из газовой фазы с использованием метана. Пленки графена были удалены с фольги Cu до SiO ₂ / Si подложка травлением в водном растворе нитрата железа. WO ₃ тонкая пленка была сформирована из 50 нм WO ₃ порошок на чистой Si-пластине с 275-нм SiO ₂ , верхний слой графена [24]. При напылении в качестве защитного газа использовался аргон. Впоследствии на электроды (Cr / Au (5/50 нм)) был нанесен рисунок с помощью стандартной фотолитографии, электронно-лучевого осаждения металла и отрыва. Для сравнения чистый WO ₃ устройство без графена было приготовлено в тех же условиях.

Ширина запрещенной зоны изготовленных пленок была получена путем измерения оптической плотности с использованием прибора UV-Vis (UV-2600, SHIMADZU Inc.). Морфология и микроструктура наноструктурированных пленок были оценены с помощью автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа (FE-SEM) JEOL JSM-7600F. Рамановские измерения проводились в системе Witec в конфигурации обратного рассеяния. Возбуждение осуществлялось видимым лазерным светом ( λ =532 нм). Все спектры были записаны при низких уровнях мощности, чтобы избежать лазерной модификации или абляции образцов.

Тесты на фотокаталитическую активность проводили в УФ-свете. Определенное количество фотокатализатора суспендировали в 20 мл раствора антибиотика (окситетрациклин, 15 мг / л) в типичном тесте активности. Суспензию оставляли в темноте на 1 ч для достижения адсорбционного равновесия, и фотокаталитическую реакцию инициировали в УФ-свете в течение 160 мин. Источником света служила ртутная лампа мощностью 250 Вт. Путем измерения изменений в спектре поглощения УФ-видимой области в зависимости от времени облучения в этом исследовании отслеживалось разложение антибиотиков.

Электрохимические измерения

Все электрохимические измерения были выполнены в трехэлектродной системе для электрохимической рабочей станции CHI 604E (CH Instruments), в которой WO ₃ / GR / Cu фольга и WO ₃ Фольга / Cu служила рабочим электродом, фольга Pt - противоэлектродом, а насыщенный Ag / AgCl - электродом сравнения. Все потенциалы калибровались обратимым водородным электродом (РВЭ). Линейная вольтамперометрия со скоростью развертки ~ 0,1 В с ⁻¹ , от + 0,20 до - 0,20 В по сравнению с RHE было выполнено в 0,5 M H ₂ SO ₄ . Графики Найквиста были получены в диапазоне частот от 100 кГц до 0,1 Гц при перенапряжении 40 мВ. Чтобы извлечь последовательное сопротивление и сопротивление передачи заряда, данные импеданса соответствовали упрощенной схеме Рэндлса.

Оптоэлектронные измерения

Все электронные и оптоэлектронные исследования проводились на зондовой станции в вакууме и при температуре окружающей среды. Фототок регистрировался полупроводниковым анализатором Agilent 1500 A. Для возбуждения света использовалась лампа с длиной волны 253 нм, используемая для возбуждения УФ-светом.

Результаты и обсуждение

Характеристика WO ₃ / GR Film

Процесс нанесения WO ₃ / GR и WO ₃ пленки методом CVD показана на рис. 1а. На рис. 1b и c представлены фотографии WO ₃ после осаждения, полученные с помощью СЭМ. / GR тонкие пленки. Установлено, что WO ₃ Тонкопленочные материалы / GR здесь однородные и гладкие. Кроме того, при осмотре на поверхности WO ₃ были обнаружены небольшие трещины размером около 100 нм. / GR. На рис. 1d, e и f показано элементарное отображение C, O и W на WO ₃ . / GR поверхность. Очевидно, что и W, и O равномерно распределены по поверхности с более высоким процентным содержанием. Поскольку графен выращивается ниже WO ₃ , элемент C можно найти в местах щелей трещин с низким процентом [25].

Схема синтеза и морфология SEM WO ₃ Гетероструктуры. а 50 нм WO ₃ порошок помещается в ту же керамическую лодочку на входе в трубчатую печь. б × 60 000 и c × 5000 изображений SEM. г C e О е Элементарное отображение WEDS WO ₃ / GR

На рисунке 2а показана выбранная область спектров комбинационного рассеяния света WO ₃ / GR, а также чистый WO ₃ . В общем, однослойный графен имеет два пика при почти 1348 см ⁻¹ и 1586 см ⁻¹ , предполагая, что отношение интенсивностей I _G / I _D пик составляет примерно 2 от рамановского спектра. Подобные пики на полосе D (около 1370 см ⁻¹ ) и G-диапазон (около 1599 см ⁻¹ ) наблюдались в WO ₃ / ГР композит. Согласно спектрам на рис. 2а, I _G / I _D соотношение уменьшилось с 2 для графена до 1,2 для WO ₃ / ГР композит. Таким образом, чем меньше I _G / I _D отношение пиковых интенсивностей рамановского спектра, тем выше дефекты и нарушения графитированных структур будут в WO ₃ / GR из-за высокой температуры около 400 ° C. Из-за режима растяжения O – W – O в образце WO ₃ / GR композит, комбинационные колебания с центром 815 см ^{- 1} , характеристика чистого WO ₃ обнаружен, который постоянно сужался в выборке WO ₃ / ГР композит. Примечательно, что G-диапазон WO ₃ / GR увеличился с 1584 до 1599 см ⁻¹ . по сравнению с графеном. Этот сдвиг вверх полосы G был общим свидетельством химического легирования углеродных материалов. Тенденция здесь согласуется с предыдущими исследованиями легирования графена p-типом, что привело к сдвигу G-полосы вверх. Согласно рамановскому сдвигу G-полосы, перенос заряда между графеном и WO ₃ в WO ₃ Композит / GR был продемонстрирован [26, 27]. Двумерный пик сдвинулся в сторону более длинных волн, что также подтверждает, что графен был эффективно легирован p-легированием. Полоса 2D расположена на 2691 см ⁻¹ для чистого (нелегированного) графена и круглого на 2700 см ⁻¹ для p-легированного графена соответственно [28].

а Рамановские спектры свежеприготовленных образцов. б Рамановское изображение G-пика свежеприготовленных образцов. c Спектры поглощения в УФ – видимой области образцов после приготовления. г Определение запрещенной зоны образцов

Рамановские данные WO ₃ Композитный / GR был извлечен для отображения интенсивности, и на рис. 2b показано изображение картирования пиков комбинационного рассеяния G для WO ₃ / GR композиты, полученные из G-полосы графена. «Яркие» области с высокой интенсивностью иллюстрируют присутствие графена, и можно подтвердить, что в слоистых материалах присутствуют р-легированный графен и дефекты из-за локальных областей с высокой яркостью. Также «темные» области относятся к WO ₃ информация, которая представляет собой распределение графена по большой площади в слоистых материалах [29].

УФ-видимые спектры рассматривались как ключевой метод определения светопоглощающих свойств фотокатализаторов. Для анализа взаимодействия графена и WO ₃ Спектры поглощения в УФ – видимой области записывались, как показано на рис. 2в. Уравнение αhʋ = A × (hν-Eg) ^{n / 2} , где α, ν, Eg и A - коэффициент поглощения, частота света, ширина запрещенной зоны и константа соответственно [30]. (Αhν) ^1/2 Кривые -hν для свежеприготовленных образцов показаны на рис. 2г. Согласно результатам, светопоглощение WO ₃ / GR в области видимого света был более чувствительным, чем у чистого WO ₃ . Смесь графена на WO ₃ улучшенная способность поглощения света. По сравнению с чистым WO ₃ запрещенная зона WO ₃ / GR было сужено с 3.88 до 3.68 эВ (рис. 2г). В соответствии с красным смещением и увеличением поглощения света WO ₃ / GR демонстрирует повышенную активность по разделению электронов и дырок.

Распад антибиотиков окситетрациклина

Детальные роли, связанные с легированным графеном в оксидно-полупроводниковых фотокатализаторах, кажутся сложными, поэтому в этом направлении ведется большая работа в области фундаментальных исследований. Фотокаталитические способности фотокатализаторов на основе графена могут быть улучшены за счет усиления как электронной проводимости, так и подвижности носителей. Проводящий графен может принимать фотовозбужденные электроны в качестве резервуаров при соединении графена и полупроводников. Соответственно, в полупроводнике уменьшалась концентрация фотовозбужденных электронов, что значительно подавляло их восстановительную коррозию [31]. Фотокаталитическая активность и кинетика реакции WO ₃ / GR, WO ₃ наблюдались во время разложения антибиотиков окситетрациклина с использованием УФ-света (365 нм), как показано на рис. 3. Фотокаталитическая активность композита с фотокатализатором и без фотокатализатора определялась здесь в УФ-свете для сравнения. После определенного интервала времени под УФ-светом пиковая интенсивность окситетрациклина, связанная с характеристиками поглощения УФ-видимой молекулы окситетрациклина при 275 нм, постепенно уменьшалась через 160 мин, как показано на рис. 3a и b. По сравнению с WO ₃ , WO ₃ / GR привело к высокой деградации окситетрациклина. Кинетику разложения окситетрациклина в УФ-свете можно получить с помощью реакции псевдопервого порядка, где C0 и C являются начальными и концентрациями при заданном времени разложения t и k - константа скорости соответственно. График ln (C / C0) был построен как функция t (Рис. 3c).

а УФ – видимые спектры разложения антибиотиков в присутствии WO ₃ композиты. б УФ – видимые спектры разложения антибиотиков в присутствии WO ₃ / GR композиты. c Кинетика готового WO ₃ и WO ₃ / GR

График для WO ₃ / GR, WO ₃ аппроксимируется линейно, где коэффициент корреляции R ² и значение константы скорости k ( к _пустой =- 0,0034 мин ⁻¹ , \ ({k} _ {{\ mathrm {WO}} _ 3} =- 0,0045 \ {\ min} ^ {- 1} \), \ ({k} _ {{\ mathrm {WO}} _ 3 / \ mathrm {GR}} =- 0,0054 \ {\ min} ^ {- 1} \)) показывают более высокую каталитическую активность WO ₃ / GR по сравнению с WO ₃ . Это потому, что образование гетеропереходов способствует разделению электронов и дырок. Отверстия могут образовывать ^• ОН, который считается основным химически активным веществом в реакциях окисления.

Электрохимическое поведение слоистых материалов

Циклическая вольтамперометрия считается методом анализа фотоэлектрокаталитических характеристик WO ₃ . / GR / Cu и WO ₃ / Cu электроды для восстановления водорода, как показано на рис. 4a и b. Под действием УФ-света ток медного электрода в ультрафиолетовом свете (8,5 мА) больше, чем в темноте (4 мА). Текущий WO ₃ / Медный электрод показал небольшую разницу между темным состоянием и ультрафиолетовым светом. Кроме того, WO ₃ Электрод / GR / Cu показал меньшее перенапряжение при -0,08 В, чем WO ₃ / Cu электрод при -0,06 В. Восстановление водорода из катализатора вызвало реакцию WO ₃ окислительно-восстановительный сайт. По всем приведенным выше результатам было ясно, что WO ₃ Электрод / GR / Cu оказался более эффективным и показал улучшенные функциональные свойства по сравнению с электродом WO ₃ . / Cu. Это свидетельствует о том, что присутствие графена в УФ-свете приводит к более низкому значению потенциала и увеличению восстановительных токов при фотоиндуцированных эффектах легирования, которые возбуждают больше электронов из WO ₃ в графен.

Электрокаталитическое применение слоистых материалов, синтезированных методом CVD WO ₃ / GR и WO ₃ . а , b CV-кривые выращенного WO ₃ / GR, WO ₃ на медной фольге. c , d спектры электрохимического импеданса WO ₃ / GR, WO ₃ хлопья, а также подложка из медной фольги

Межфазные характеристики модифицированного электрода, которые имели огромное значение для электропроводности, и электрокаталитические свойства модифицированного электрода были проанализированы здесь с помощью EIS. О кинетике переноса электрона и диффузионных характеристиках можно судить по форме спектра электрохимического импеданса. Полукруглая часть Ret, полученная на более высоких частотах, представляет собой процесс, ограниченный переносом электронов, а линейная часть на более низких частотах объясняется ограниченным массопереносом исходного иона образца [32, 33]. На рисунках 4c и d показаны результаты EIS для электродов из WO ₃ . / GR / Cu и WO ₃ / Cu. WO ₃ Электрод / GR / Cu показывает лучшую полукруглую дугу с пониженным давлением по сравнению с WO ₃ / Cu электрод, представляющий отличный процесс диффузионного переноса электронов на WO ₃ / GR / Поверхность электрода Cu. В УФ-свете WO ₃ Электрод / Cu по-прежнему показывает более низкую вогнутую полукруглую дугу (Ret =50 (Z ′ / Ω)) по сравнению с Ret (75 (Z ′ / Ω)) в темноте. Обратите внимание, что под УФ-светом WO ₃ Электрод / GR / Cu показывает относительно очевидную полукруглую дугу (Ret =42 (Z '/ Ω)), что указывает на более высокое сопротивление переносу электронов, чем у Ret (38 (Z' / Ω)) в темноте. Увеличение значения сопротивления переносу электрона (Ret) из-за эффектов фотоиндуцированного легирования улучшило уровень энергии Ферми графена на поверхности электрода в УФ-свете. Эти результаты также продемонстрировали, что графен может улучшить скорость переноса электронов между электродом и WO ₃ , что согласуется с результатами CV.

Поведение при переносе заряда из WO ₃ / GR Составное устройство

Поведение при переносе заряда в WO ₃ Слоистые материалы / GR можно исследовать в УФ-свете, как показано на рис. 5. Типичные ВАХ и ВАХ устройства, изготовленного из WO ₃ / GR композит и эталонное устройство с чистым WO ₃ были измерены в темноте и в УФ-свете при 253 нм с интенсивностью 0,3 мВт / см ² как показано на рис. 5a и b [34]. Фототок WO ₃ Композитное устройство / GR было почти в 106 раз выше, чем у эталонного устройства из чистого WO ₃ . Обратите внимание, что фототок был меньше темнового тока WO ₃ / GR композит, который существенно отличается от эталона из чистого WO ₃ . Типичные ВАХ устройства были аналогичны ВАХ (рис. 5в, г). WO ₃ / GR сопротивление R при оптическом освещении было больше, чем в темноте, из-за эффекта фотоиндуцированного легирования. WO ₃ / GR сопротивление R показало постоянное значение около тысяч Ом при оптическом возбуждении и темноте. Однако эталонное устройство, чистый WO ₃ сопротивление по-прежнему демонстрирует важные полупроводниковые свойства [35].

Экспериментальное наблюдение характеристик в WO ₃ / GR по сравнению с чистым WO ₃ устройство. а Фототок WO ₃ / GR. б Фототок WO ₃ . c Фоторезистентность WO ₃ / GR. г Фоторезистентность WO ₃

На рисунке 6 показаны характеристики WO ₃ . / GR после фотоиндуцированного модуляционного легирования. Текущий маршрут и распределение сборов в WO ₃ Устройства / GR в УФ-свете показаны на рис. 6а и б. Положительные заряды, накопленные в WO ₃ при освещении. Более высокий ток WO ₃ Композитное устройство / GR следует отнести к улучшенной проводимости композита за счет GR. Графен может создавать контакт Шоттки на интерфейсе с WO ₃ , тем самым формируя сопротивление R _РГ [36]. Устройство можно смоделировать схемой, показанной на рис. 6в. В связи с WO ₃ сопротивление R _W >> ( R _РГ + R _G ) ток устройства определялся R _РГ + R _G . Таким образом, свойства проводимости были значительно улучшены в присутствии графена.

Характеристики WO ₃ / GR после фотоиндуцированного модуляционного легирования. а , b Текущий маршрут и распределение сборов в WO ₃ / GR устройство в случае УФ-излучения. Положительные заряды накапливаются в WO ₃ при световом освещении. Желтый, Cr / Au; зеленый, WO ₃ ; красный, графен; синий, SiO ₂ ; серый, Si. c Эквивалентная схемная модель WO ₃ / GR устройство. г Схема ленточной структуры WO ₃ / Гетероструктура GR и иллюстрация механизма фотодопирования, при котором оптическое возбуждение сначала возбуждает электроны с дефектов в WO ₃ . Красные (синие) линии обозначают зону проводимости (валентную). Возбужденные электроны попадают в графен, а положительно заряженные дефекты приводят к модуляционному легированию графена

Схема ленточной структуры WO ₃ Гибридные композиты / GR и схема механизма фотоиндуцированного легирования показаны на рис. 4г. WO ₃ Устройство гетероструктуры / GR без подсветки согласуется с предыдущим результатом стабильного легированного графенового транзистора p-типа, в котором электроны переносились из тонкой пленки графена в WO ₃ . Первоначально графен был дырочно легирован в темноте, и электрическое поле возникло от графена к кремнию. Как показано на рис. 6d, когда устройство находилось под УФ-светом, с одной стороны, электроны в валентной зоне (VB) WO ₃ возбуждались в зону проводимости с образованием электронно-дырочных пар [37,38,39]. С другой стороны, электроны донорных дефектов в WO ₃ возбуждались фотонами в зону проводимости. Ионизированные дефекты были положительно заряжены и локализованы в WO ₃ . Эти возбужденные электроны в обоих случаях могут быть подвижными, двигаться навстречу графену и затем входить в него. Было высказано предположение, что значительный фотоиндуцированный перенос электронов произошел от WO ₃ в графен в WO ₃ / GR устройство [40].

Возбужденные электроны попадали в графен, а положительно заряженные дефекты приводили к модуляционному легированию графена. При таком модуляционном легировании графена WO ₃ Возникновение гетероперехода / GR. Впоследствии экспериментальные данные показывают уменьшение проводимости с увеличением энергии Ферми EF графена, что приводит к медленному уменьшению УФ-фототока. Это хорошо согласуется с теоретической моделью [41]. Поэтому предполагается, что поведение устройства при транспортировке будет полностью отличаться от поведения чистого WO ₃ когда WO ₃ / GR подвергается воздействию света. Некоторые авторы также сообщали о фотоиндуцированных эффектах допинга. Тиберж и др. сообщили, что плотность носителей заряда графена может быть точно и обратимо настроена между дырочным и электронным легированием за счет фотоиндуцированного легирования, на которое существенно повлиял метод очистки подложки [42]. Ju et al. показали, что фотоиндуцированное легирование может поддерживать высокую подвижность носителей в гетероструктуре графен / нитрид бора [43].

Под действием светоиндуцированного легирования поверхность WO ₃ / GR, как первичные светочувствительные частицы, имеет больше фотогенерированных дырок, чем чистый WO ₃ поверхность под УФ-светом. Наиболее активные сайты WO ₃ / GR, тем эффективнее улучшение светочувствительности [44]. В общем, проводящий графен, как медиатор переноса электронов, может значительно продлить срок службы фотогенерированных носителей заряда и усилить извлечение и разделение зарядов. Например, Weng et al. собрал графен-WO ₃ наностержневые нанокомпозиты, которые улучшили фотокаталитические характеристики в видимом свете по сравнению с чистым WO ₃ наностержни [45, 46]. Следовательно, следует изучить, как улучшить процесс фотодеградации фотоиндуцированного легирования легированием графена. Это может быть связано с интенсивностью УФ-излучения, концентрацией примеси и т. Д. [47, 48]. Чу и др. сборный GR – WO ₃ композиты, смешанные с различным количеством графена (0, 0,1, 0,5, 1 и 3 мас.%). Кроме того, датчик на основе 0,1 мас.% GR – WO ₃ композит демонстрирует хорошую селективность и высокую чувствительность по сравнению с чистым WO ₃ [49, 50]. Это может быть связано с тем, что чрезмерная доля графена, абсорбированного на поверхности WO ₃ , уменьшая количество активных сайтов. Впоследствии правильная пропорция WO ₃ и графен может получить лучший экспериментальный эффект. Akhavan et al. также проанализированы характеристики TiO ₂ Листы / GO (оксиды графена) при разном времени облучения [51]. Они обнаружили, что ОГ можно фотокаталитически восстановить, а количество углеродных дефектов увеличивалось под действием облучения, что здесь отчасти считалось результатом фотоиндуцированного легирования [52]. Соответственно, это исследование разрабатывает новый способ изучения поведения переноса носителей и фотоиндуцированных эффектов легирования в материалах для фотодеградации на основе графена.

Заключение

В этом исследовании фотокаталитическая активность слоистых материалов оценивалась по фотокаталитической деградации окситетрациклиновых антибиотиков под УФ-светом. Более высокий ток циклической вольтамперометрии и большое сопротивление импедансных спектров при выращивании WO ₃ Были получены / GR, синтезированные непосредственно на медной фольге в УФ-свете за счет электрохимических свойств, что также отличалось от традиционного WO ₃ катализаторы. Характеристики WO ₃ Слоистые материалы / графен исследовались методами рамановской спектроскопии, УФ-видимой спектроскопии и СЭМ. Все результаты показывают, что р-графен появляется и усиливает характеристики WO ₃ / ГР пленка. Стеки большой площади WO ₃ Слоистые материалы / GR были разработаны на подложке Si с использованием модифицированного метода химического осаждения из паровой фазы, и WO ₃ / GR и WO ₃ Для сравнения пленки были изготовлены на электродном материале из золотой фольги. Из-за фотоиндуцированных эффектов легирования, вольт-амперный тест показал, что фото-сопротивление было больше темнового сопротивления, а фототок меньше темнового тока на основе WO ₃ / GR слоистые материалы, которые отличались по характеристикам от WO ₃ слоистые материалы. Besides, charge transport behaviors of p-graphene could be modified to improve photocatalytic ability. Graphene serves as the photogenerated electrons acceptor and effectively suppresses the charge recombination in the WO₃ /GR layered materials. This study is considered a significant advance towards unraveling photocatalytic dynamics processes based on graphene and oxide semiconductor. Hopefully, these results can motivate scientists to explore high efficient catalysts for related applications.

Сокращения

CVD:

Химическое осаждение из паровой фазы

EF:

Fermi energy

GO:

Graphene oxides

GR:

Graphene

IG/ID:

D peak to G peak intensity ratio

RG:

Resistance of graphene

rGO:

Reduced graphene oxides

RW:

Resistance of WO₃

RWG:

Resistance of WO₃ /graphene

SEM:

Сканирующий электронный микроскоп

UV:

Ультрафиолет

VB:

Valence band