Effiziente Photokatalysatoren durch gleichmäßige Dekoration von Cu2O-Nanopartikeln auf Si-Nanodraht-Arrays mit geringer sichtbarer Reflektivität

Hintergrund

Cu₂ O-Nanostrukturen mit einer direkten Bandlückenenergie von 2,0–2,2 eV haben sich als effiziente photokatalytische Materialien erwiesen, die organische Schadstoffe direkt durch die Aktivierung von sichtbarem Licht abbauen könnten [1,2,3,4]. Die begünstigten Effekte korrelierten auch mit ihrer Umweltverträglichkeit, geringen Toxizität und nachhaltigen Verfügbarkeit, die für viele praktische Anwendungen, einschließlich Wasserstoffproduktion, Solarzellen und chemischer Sensorik, potenziell sein könnten [5,6,7]. Diese Eigenschaften wurden jedoch durch die Instabilität und Unwiederholbarkeit der Nutzung aufgrund der beabsichtigten Aggregation oder signifikanter morphologischer Veränderungen der Nanostrukturen beim Betrieb in einer wässrigen Umgebung eingeschränkt. Diesbezüglich haben die Unterstützer, die es ermöglicht haben, das photoaktive Cu₂ Als äußerst wünschenswert galten O-Nanostrukturen, die die langfristige Fähigkeit des photokatalytischen Abbauprozesses organischer Schadstoffe aufrechterhalten und die reproduzierbare, effiziente und zuverlässige Plattform für die praktische Anforderung des photokatalytischen Betriebs darstellen.

Silizium-Nanodrähte (SiNWs) mit guter Oberflächenhydrophilie, mechanischer Robustheit und chemischer Stabilität könnten die potentiellen Trägermaterialien zur Verstärkung der photokatalytischen Aktivität von Cu₂ . sein O-Nanostrukturen, die ein vielversprechendes Design von im sichtbaren Bereich reagierenden Photokatalysatoren darstellen [8,9,10,11,12]. Darüber hinaus besaßen SiNWs aufgrund der Eingrenzung des einfallenden Lichts durch die Effekte der Mehrfachstreuung eine hohe Absorptionsfähigkeit im sichtbaren Bereich [11]. Die Schwierigkeiten bei der Verarbeitung lagen jedoch in der Abscheidungsungleichmäßigkeit von Cu₂ O-Nanopartikel auf den Seitenwänden von SiNWs unter Verwendung der kostengünstigen lösungsbasierten Verarbeitung aufgrund der Natur des hohen Aspektverhältnisses in SiNWs. Daher wurden in dieser Studie solche Einschränkungen durch die Anpassung der zweistufigen stromlosen Abscheidung überwunden, um eine gleichmäßige Einbindung von Cu-Oxid-Nanopartikeln in die SiNW-Arrays zu erreichen. Darüber hinaus ist die kontrollierte Bildung von heterostrukturellem n-Typ Cu₂ Si vom O/p-Typ könnte besonders potenziell als effiziente Photokatalysatoren wirken [13], da die photoangeregten Elektronen und Löcher getrennt werden könnten, um die Photoabbaureaktion der Farbstoffentfernung vor der schnellen Ladungsträgerrekombination zu initiieren [14, 15]. Basierend auf solchen Designs wurden Untersuchungen der Oberflächenmorphologien, chemischen Zusammensetzungen und kristallographischen Analysen durchgeführt, um das synthetisierte Cu₂ . zu charakterisieren O/Si-Nanostrukturen.

Als nächstes Lichtreflexion und photolumineszente Eigenschaften von Cu₂ O/SiNW-Arrays wurden gemessen, um die Lichteigenschaften zu identifizieren und die Einflüsse der Zugabe von Cu₂ . zu untersuchen O-Nanopartikel über die verminderte Rekombination von photogenerierten Trägern. Darüber hinaus wurden Photostrommessungen durchgeführt, um die Ladungsträgertrennung von Cu₂ . zu klären O/SiNW-Heterostrukturen unter Lichtbeleuchtung. Schließlich wurden detaillierte photokatalytische Bewertungen durchgeführt, die die effiziente photokatalytische Reaktivität abbauender organischer Farbstoffe aufklärten und den beteiligten photokatalytischen Mechanismus solcher nanostrukturierter Photokatalysatoren erklärten.

Methoden/Experimental

Materialien

Das verwendete Si-Substrat war p-Typ-Si (100), das mit dem Czochralski-Verfahren hergestellt wurde. Silbernitrat (99,85 %, Acros Organics, Geel, Belgien), Flusssäure (48 %, Fisher Scientific UK, Loughborough, UK) und Salpetersäure (65 %, AppliChem PanReac, Deutschland) wurden für die Herstellung von Si-Nanodraht-Arrays verwendet . CuSO₄ (98+%, Acros Organic, Geel, Belgien) und Flusssäure wurden bei der Synthese von Cu₂ . verwendet O Nanopartikel. Methylenblau (rein, Acros Organics, Geel, Belgien) wurde für den Photoabbautest verwendet.

Herstellung von Si-Nanodraht-Arrays

SiNW-Arrays wurden hergestellt, indem die gereinigten p-Typ-Si(100)-Substrate in die gemischten Lösungen (20 ml) getaucht wurden, die 0,02 M AgNO₃ . enthielten und 4,8 M HF unter leichtem Magnetrühren bei Raumtemperatur. Anschließend wurden die Proben mit entionisiertem (DI) Wasser gespült und dann 15 min in die konzentrierte Salpetersäure (63 %) getaucht, um die restlichen Ag-Partikel vollständig zu entfernen. Schließlich wurden die so hergestellten SiNWs mit DI-Wasser gespült und in der Vakuumkammer aufbewahrt.

Synthese von Cu₂ O Nanopartikel

Die stromlose Abscheidung von Cu wurde durch zwei verschiedene Verfahren durchgeführt. In Methode 1 wurden die geätzten SiNWs direkt in die wässrigen Lösungen (20 ml) mit 0,047 g (0,015 M) CuSO₄ . eingetaucht Pulver und 4,5 M HF für 3 min. Dies erleichterte die Reduktion von Cu ²⁺ Ionen bevorzugt an den primär erzeugten Cu-Aggregaten und begrenzt daher den Bohrlocheinbau von Cu₂ O-Nanopartikel auf SiNW-Arrays. Die so zubereiteten Proben wurden als aggregiertes Cu₂ . beschrieben O/SiNWs (A-Cu₂ O/SiNWs). In Methode 2 wurden die so hergestellten Si-Nanodrähte in 0,015 M CuSO₄ . getaucht Lösungen (20 ml) für 15 min und gefolgt von einer sanften Einführung von HF (4,5 M) zur Initiierung der Reduktion von Cu ²⁺ Ionen. Durch die Trennung der Einführung von Cu ²⁺ Ionen und HF-Ätzmittel in den sequentiellen Prozessen, jeweils Cu ²⁺ /Si-Grenzfläche wurden für die stromlose Reduktion von Cu ²⁺ . aktiviert Ionen, die im Wesentlichen zur Bildung gut dispergierter Cu-Nanopartikel direkt auf SiNW-Arrays führten. Die gebildeten Nanostrukturen, die mit Methode 2 hergestellt wurden, wurden als dispergiertes Cu₂ . beschrieben O/SiNWs (D-Cu₂ O/SiNWs). Nach der stromlosen Abscheidung wurden alle hergestellten Proben in DI-Wasser gespült und dann bei 90 °C zur thermischen Oxidation (30 Minuten) einem Ofen ausgesetzt.

Charakterisierungen

Morphologie und chemische Zusammensetzungen der hergestellten Photokatalysatoren wurden mit Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FESEM; Hitachi JSM-6390) bzw. energiedispersivem Röntgenspektrometer (EDX) (Oxford INCA 350) charakterisiert. Vor der REM-Untersuchung wurden die Proben mit einer dünnen Au-Schicht abgeschieden, um die Bildauflösung zu verbessern. Ferner wurde ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM; JEM-2100F) durchgeführt, um die Oberflächenmorphologien der Proben zu charakterisieren. Die Proben wurden vorsichtig von den Substraten abgekratzt und unter Verwendung eines Ultraschallgeräts in Ethanol dispergiert, und dann wurden die dispergierten Lösungen auf die TEM-Gitter getaucht. Kristallographische Charakterisierungen wurden mit dem Rigaku Multiflex Röntgendiffraktometer unter Verwendung der Cu-K-Strahlung durchgeführt. Lichtreflexionsspektren wurden mit einem UV-Vis-NIR-Spektrophotometer (Varian, Cary 5000, Australien) gemessen. Photokatalytische Experimente mit verschiedenen Hybrid-Photokatalysatoren wurden mit einem PanChum-Multilamp-Photoreaktor (PR-2000) unter Beleuchtung einer Lichtquelle mit einer Mittenwellenlänge von 580 nm durchgeführt. In jedem Test wurden 0,2 mM Methylenblau (MB) als getestete Targets verwendet. Vor den Lichtbestrahlungen wurden die Proben 40 Minuten im Dunkeln gehalten, um das Adsorptionsgleichgewicht herzustellen, wie in der Zusatzdatei 1 dargestellt. Bei Photoabbautests wurden in jedem Zeitintervall 0,1 ml Suspension entnommen und dann verdünnt mit 5 ml destilliertem Wasser. Die Konzentrationen der MB-Farbstoffe wurden mit einem UV/Vis-Spektrophotometer (Shimadzu UV-2401 PC) bewertet.

Ergebnisse und Diskussion

Abbildung 1 veranschaulichte zwei verschiedene stromlose Abscheidungen von Cu auf SiNWs, die die Bildung unterschiedlicher Abscheidungsmorphologien ermöglichten. Durch direktes Eintauchen der SiNWs-Proben, die durch silberunterstütztes chemisches Ätzen [16,17,18,19,20,21,22,23] hergestellt wurden, in das gemischte Cu ²⁺ /HF-Lösungen, die sofortige Reduktion von Cu ²⁺ Ionen direkt auf den exponierten Nanodrahtspitzen stattfand, wie unten gezeigt,

Schematische Darstellungen zur Bildung von a aggregiertes Cu₂ O und b dispergiertes Cu₂ O dekorierte Si-Nanodrähte. c , d Die SEM-Bilder von aggregiertem Cu₂ O/SiNW-Arrays (A-Cu₂ O/SiNWs) und dispergiertes Cu₂ O/SiNW-Arrays (D-Cu₂ O/SiNWs) bzw.

Dies führte zu den Cu-Aggregationen auf den oberen Oberflächen von SiNWs. Die anschließende Reduktion von Cu ²⁺ Ionen traten bevorzugt in der Nähe dieser primär gebildeten Cu-Aggregate auf, wo die effektive Übertragung von Löchern aus neu eingetroffenem Cu ²⁺ Ionen in Si wurde erleichtert, wie in Abb. 1a dargestellt. Inzwischen ist die Diffusion von Cu ²⁺ /HF-Reaktanten erreichten aufgrund der sterischen Hinderung der vorhandenen Cu-Nanopartikel kaum die Unterseiten der SiNWs. Diese kombinierten Effekte könnten die mögliche Bildung einer Bohrlochdekoration von Cu₂ . einschränken O-Nanopartikel auf SiNW-Arrays nach der Wärmebehandlung, wodurch ihre photokatalytische Aktivität abgebaut wurde.

Abbildung 1b zeigt den möglichen stromlosen Weg, der die aggregierte Bildung von Cu-Nanopartikeln, die lokal auf den Nanodrahtspitzen begrenzt waren, signifikant reduzierte. Dies wurde erreicht, indem die Einführungen von Cu ²⁺ . getrennt wurden Ionen und HF-Ätzmittel in den sequentiellen Prozessen. Dementsprechend ist der Einbau von Cu ²⁺ Ionen mit SiNWs erleichterten die gleichmäßige Reduktion von Cu ²⁺ Ionen initiiert durch Zugabe von HF-Lösungen, wobei jedes Cu ²⁺ /Si-Schnittstelle könnte für die stromlose Abscheidung aktiviert werden. Offensichtlich sind die unterschiedlichen Morphologien von Cu₂ Auf SiNW-Arrays gebildete O-Nanopartikel sind in Abb. 1c bzw. d dargestellt. Im Vergleich zum aggregierten Cu₂ O-Nanopartikel dominieren an den Nanodrahtspitzen (Abb. 1c), die Einbauten von Cu₂ O-Nanopartikel mit SiNW-Arrays, die mit zweistufiger stromloser Abscheidung hergestellt wurden, schienen über die Seitenwände der Nanodrähte hinweg stark einheitlich zu sein, wie in Abb. 1d gezeigt. Diese Merkmale waren auf dem stark vergrößerten REM-Bild deutlich zu erkennen, wie in der zusätzlichen Datei 1 dargestellt.

Die Charakterisierungen der Mikrozusammensetzung wurden mit energiedispersiver Röntgenanalyse (EDS) weiter untersucht, die die drei charakteristischen Elementarpeaks O, Cu und Si ohne die Beobachtungen anderer Komponenten zeigte, wie in Fig. 2a gezeigt. Darüber hinaus wurde eine repräsentative TEM-Untersuchung von Cu₂ O-dekorierte Si-Nanodrähte verdeutlichten weiter die robuste Bildung dieser hybriden Nanostrukturen mit soliden räumlichen Verteilungen dekorierter Nanopartikel, wie in der Einfügung von Abb. 2a gezeigt. Um die Kristallographie von gebildetem Cu₂ . zu charakterisieren O-Nanopartikel wurde eine XRD-Analyse durchgeführt, wie in Abb. 2b gezeigt. Die Ergebnisse identifizierten eindeutig das Merkmal Cu₂ O-Beugungsmuster mit korrelierten Ebenenindizes von (111), (200) und (220), die sowohl auf aggregiertem (Abb. 1c) als auch auf dispergiertem (Abb. 1d) Cu₂ . erscheinen O/SiNW-Arrays bzw. Der Peak bei 51° in den XRD-Mustern stammte von (200)-Ebenen von kristallinem Cu aufgrund der Innenseite von Cu₂ O, die durch die thermische Behandlung nicht vollständig oxidiert werden konnten. Darüber hinaus wurde das resultierende optische Reflexionsvermögen gemessen, was darauf hindeutet, dass die unterschiedlichen Lichtreflexionseigenschaften von aggregiertem und dispergiertem Cu 2 O/SiNW-Arrays, wie in Abb. 2c dargestellt. Die sehr geringe Lichtreflexion von dispergiertem Cu₂ O/SiNW-Arrays, deren durchschnittliche Reflektivität 3,8% betrug, was nur geringfügig höher war als die von alleinigen SiNW-Arrays (durchschnittliche Reflektivität = 1,4%).

a EDS-Spektrum von dispergiertem Cu₂ O/SiNW-Arrays. Die Einfügefigur war das entsprechende TEM-Bild. b XRD-Analyse, c Lichtreflexion und d photolumineszente Ergebnisse, e Photostromverstärkung (I _Fotostrom − ich _Dunkelstrom ) und f Größenverteilungen der Proben

Trotzdem ist das aggregierte Cu₂ O/SiNW-Arrays besaßen das hohe Reflexionsvermögen, das die gesamten gemessenen Spektralbereiche abdeckte (durchschnittliches Reflexionsvermögen = 7,7%) aufgrund der starken Reflexion des einfallenden Lichts direkt vom Cu₂ O aggregiert auf SiNW-Spitzen, was die effektive Licht/Photokatalysator-Wechselwirkung signifikant verschlechtern könnte. Außerdem wurde eine Photolumineszenz-(PL)-Analyse durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass alle Proben den PL-Peak bei 522 nm zentriert zeigten, während die entsprechenden PL-Intensitäten beider D-Cu₂ O/SiNWs und A-Cu₂ O/SiNWs waren viel niedriger als die von alleinigen SiNWs, wie in Abb. 2d gezeigt. Diese Merkmale implizierten, dass die Rekombination von photogenerierten Ladungsträgern aufgrund der Einführung von Cu₂ . stark reduziert wurde O/SiNW-Heterostrukturen. Andererseits verglichen mit D-Cu₂ O/SiNWs, die etwas geringere PL-Intensität wurde von A-Cu₂ . beobachtet O/SiNWs, die auf die starke Reflexion von einfallendem Licht zurückgeführt werden könnten, traten am oberen Cu₂ . auf O aggregiert, wodurch die Möglichkeit der Lichtemission verringert wird. Die möglichen Wechselwirkungspfade zwischen einfallendem Licht und Proben können in der Zusatzdatei 1 gefunden werden. Darüber hinaus wurden die Messungen der Photoströme durchgeführt, um die Ladungsträgertrennung von Cu₂ . zu klären O/SiNW-Heterostrukturen unter Lichtbeleuchtung, wie in Abb. 2e dargestellt. Es wurde festgestellt, dass die Photostromverstärkung, bewertet durch I _Fotostrom − ich _Dunkelstrom , war 0,216 mA (alleinige SiNWs), 0,527 mA (A-Cu₂ O/SiNWs) und 0,823 mA (D-Cu₂ .) O/SiNWs) bei einer Vorspannung von 4 V. Diese Ergebnisse bestätigten eindeutig unsere Ergebnisse aus Lichtreflexions- und PL-Messungen, bei denen die effektive Trennung photoangeregter Ladungsträger bei D-Cu₂ . auftrat O/SiNWs, die zur verbesserten Photostromverstärkung beigetragen haben.

Partikelgrößen von gebildetem Cu₂ O wurden weiter untersucht, wie in Abb. 2f gezeigt. Es wurde festgestellt, dass die Größenverteilungen von Cu₂ O-Nanopartikel mit zwei verschiedenen Methoden, die in Abb. 1a, b beschrieben sind, lagen ziemlich nahe beieinander, wobei die durchschnittlichen Abmessungen mit Gauß-Anpassungen von aggregiertem und dispergiertem Cu₂ . bewertet wurden O/SiNW-Arrays waren 41,5 nm bzw. 36,4 nm groß. Dies könnte den ähnlichen Nukleationsmechanismus von Cu-Nanopartikeln aus diesen beiden Abscheidungsmethoden erklären. Darüber hinaus zeigt Abb. 3 die Morphologien und XRD-Ergebnisse von Cu₂ . O-beladenes planares Si. Im Vergleich zu zahlreichen Oberflächen, die durch SiNWs mit hohem Aspektverhältnis bereitgestellt werden, die die Bildung zahlreicher Heteronukleationsstellen von Cu₂ . erleichterten O-Samen, die vergleichsweise großen Größen von Cu₂ O-Nanopartikel mit durchschnittlichen Abmessungen von 64,2 nm konnten auf planaren Si-Substraten gebildet werden, wie in Abb. 3a gezeigt. Darüber hinaus konnten aus den XRD-Mustern die offensichtlichen Beugungspeaks von metallischem Cu (200) beobachtet werden, die den unvollständigen Übergang der Kupferoxidation über eine Wärmebehandlung aufgrund der Existenz von hochdichten Strukturen der erzeugten Kristallkeime durch stromlose Cu-Abscheidung identifizierten, wie in . dargestellt Abb. 3b. Dies verdeutlichte erneut die Einflüsse des Einbaus von Si-Nanostrukturen zur Unterstützung der Erzeugung von funktionellem Cu₂ O-Nanopartikel mit solider räumlicher Verteilung.

a REM-Bild von oben und b XRD-Muster von planaren Si-Substraten, die mit Cu₂ . beschichtet sind O-Nanopartikel

Bewertungen der photokatalytischen Aktivität von Cu₂ O-dekorierte SiNW-Arrays mit unterschiedlichen Ablagerungsmorphologien wurden in Abb. 4a gezeigt. In den Kontrollexperimenten wurden ähnliche Messungen auch in Gegenwart von unbelasteten SiNW-Arrays und Cu₂ . durchgeführt O-beladenes planares Si bzw. Es konnte deutlich beobachtet werden, dass das D-Cu₂ O/SiNWs-Photokatalysatoren zeigten den überlegenen photoaktiven Abbau von MB-Farbstoffen und die signifikante Abnahme des Absorptionspeaks von MB-Farbstoffen in Gegenwart von D-Cu₂ O/SiNWs unter Lichtbeleuchtung könnten auch in Abb. 4b gefunden werden. Aus den Vergleichen in Abb. 4a geht hervor, dass die verbleibenden MB-Farbstoffe nach 100-minütiger Reaktion 34,7% in D-Cu₂ . betragen O/SiNWs, 55,4% in A-Cu₂ O/SiNWs, 62,1 % in Cu₂ O-beladenes planares Si bzw. 77.1% in reinen SiNWs. Unter Lichtbeleuchtung könnten die photoaktivierten SiNWs Elektronen- und Lochpaare erzeugen. Die Ladungsrekombination würde dann die photochemischen Reaktionen dominieren, und daher [24] war die resultierende Photoabbaueffizienz in Gegenwart reiner SiNW-Arrays als Photokatalysatoren stark eingeschränkt. Mit der Dekoration von Cu₂ O-Nanopartikel auf SiNWs wurde die Elektron-Loch-Rekombination durch das Abfangen der photogenerierten Elektronen effektiv verzögert [25, 26]. Diese Schlussfolgerung könnte durch die verbesserten Photoabbauraten von drei Cu₂ . gestützt werden O-inkorporiertes Si, wie in Abb. 4a gezeigt. Darüber hinaus sind die aggregierten Merkmale von Cu₂ O-Nanopartikel auf SiNW-Spitzen würden die effektive Absorption von Licht hemmen und somit die Aktivität von Photokatalysatoren für den Farbstoffabbau unterdrücken, wie im photokatalytischen Test von A-Cu₂ . festgestellt wurde O/SiNWs. Darüber hinaus haben wir durch die Scavenger-Analyse bestätigt, dass der Photoabbau von MB-Farbstoffen hauptsächlich durch die photogenerierten Elektronen beigetragen wurde, wie in der Zusatzdatei 1 gezeigt.

a Photokatalytische Tests von vier verschiedenen Photokatalysatoren. b Änderungen der Absorptionsspektren und c die korrelierte kinetische Modellierung in Gegenwart von D-Cu₂ O/SiNW-Arrays bei verschiedenen Beleuchtungsdauern. Die Einfügefigur in b präsentierte den Farbwechsel von Farbstofflösungen von 0 bis 80 min. d Vergleiche der Geschwindigkeitskonstanten des Photoabbaus. e Banddiagramm von Cu₂ O/SiNW-Heterostrukturen

Um die Reaktionskinetik des Farbstoffabbaus weiter aufzuklären und die beteiligte Reaktionskonstante zu bewerten, wurden drei mögliche kinetische Modelle untersucht, darunter das kinetische Modell erster Ordnung, das kinetische Modell zweiter Ordnung und das kinetische Langmuir-Hinshelwood-Modell, wie unten angegeben:

Kinetisches Modell erster Ordnung [27]:

Kinetisches Modell zweiter Ordnung [28]:

Kinetisches Modell von Langumuir-Hinshelwood [29]:

wobei k ₁ , k ₂ , und k ₃ sind die kinetischen Geschwindigkeitskonstanten erster Ordnung, zweiter Ordnung bzw. Langmuir-Hinshelwood. Konzentrationen von Farbstoffen werden als C . bezeichnet ₀ bei Reaktionszeit = 0 und C _t zur Reaktionszeit = t . Außerdem K _L die Konstante des Langmuir-Absorptionsgleichgewichts darstellt. Die Ergebnisse sind in Abb. 4c zusammengefasst, wo die entsprechenden Korrelationskoeffizienten (R ² ) waren 0,82 im kinetischen Modell erster Ordnung, 0,96 im kinetischen Modell zweiter Ordnung und 0,71 im kinetischen Langmuir-Hinshelwood-Modell.

Diese Ergebnisse bestätigten eindeutig, dass die Photoabbaukinetik von MB-Farbstoffen unter Verwendung von Cu₂ O-dekorierte SiNW-Arrays entsprachen einem kinetischen Modell zweiter Ordnung. Somit konnte die explizite Reaktionskonstante ausgewertet werden, was darauf hindeutet, dass der am stärksten ausgeprägte Wert im D-Cu₂ . auftritt O/SiNW-Arrays, wie in Abb. 4d gezeigt. Diese Effekte erklärten die signifikanten Einflüsse auf den räumlichen Einbau von Cu₂ O mit SiNW-Wirten, was als entscheidende Regel für die Farbstoffentfernung dienen könnte. Basierend auf den detaillierten Untersuchungen wurde der Photoabbau von MB-Farbstoffen in Gegenwart von Cu₂ O/SiNW-Arrays könnten erläutert werden, wie in Fig. 4e veranschaulicht. Die photoangeregten Elektronen und Löcher aus stark lichtabsorbierenden SiNWs konnten effizient getrennt werden, wobei die photogenerierten Elektronen energetisch in das Leitungsband von Cu₂ . transferiert wurden O-Nanopartikel, wodurch der Photoabbau von MB-Farbstoffen initiiert wird. Daher ist das einheitliche Cu₂ O-Dispersionen erleichterten eine solche Ladungsträgertrennung, die es ermöglichte, die Elektron-Loch-Rekombination effektiv zu reduzieren. Darüber hinaus ermöglichten diese verteilten Merkmale auch die hohe Eindringtiefe von einfallendem Licht, das auf Nanodrahtstrukturen eingestrahlt wird, was für die Effizienzsteigerung in photokatalytischen Prozessen günstig ist. Schließlich haben wir die wiederholten Photoabbauexperimente durchgeführt, die als erster Lauf, zweiter Lauf und dritter Lauf bezeichnet werden, und die entsprechenden XRD-Messungen zusammen mit den entsprechenden SEM-Bildern nach jedem Photoabbautest wurden in der zusätzlichen Datei 1 dargestellt:Abbildung S5 bzw. S6. Die obigen Ergebnisse bewiesen weiter, dass die Photokatalysatoren stabil und zuverlässig den Photoabbau von MB-Farbstoffen aufweisen können.

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend haben wir einen effizienten, sichtbaren Photokatalysator mit einer einfachen, kostengünstigen und zuverlässigen zweistufigen stromlosen Abscheidung für die großflächige Produktion demonstriert. Diese hybriden Cu₂ O/SiNW-Arrays mit einheitlichem Cu₂ O-Dekorationen waren möglich, um die Rekombination photogenerierter Träger unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht zu reduzieren. Die Untersuchung der Kinetik des Photoabbaus zusammen mit einem einfachen Syntheseprozess könnte der Entwicklung hochleistungsfähiger und miniaturisierter photoaktiver Substrate für verschiedene Anwendungen, einschließlich Wasseraufbereitung, Wasserspaltung und andere Funktionsvorrichtungen, zugute kommen.

Abkürzungen

A:

Aggregiert

D:

Dispergiert

DI:

Entionisiert

EDS:

Energiedispersive Röntgenstrahlung

FESEM:

Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie

SiNWs:

Silizium-Nanodrähte

TEM:

Transmissionselektronenmikroskopie

XRD:

Röntgenbeugung

PL:

Nachleuchtend