Pt/ZrO2 纳米复合材料光催化降解纺织橙G染料的研究

《Scientific Reports》：Platinum-decorated zirconia: an efficient photocatalyst for degradation of Orange G textile dye

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摘要

从水体中去除污染物和纺织染料已成为营造安全环境的重要要求。这些染料性质稳定且难以分解，因此需要具有合适带隙的高效光催化剂。在这方面，纳米粒子（NPs）展现出广阔的应用前景，有望帮助解决环境污染问题。本研究将ZrO₂纳米粒子与Pt结合，以提升ZrO₂在降解纺织橙G染料方面的光催化活性。这些合成材料通过扫描电子显微镜（SEM）、能量分散X射线（EDX）、X射线衍射（XRD）和紫外-可见光谱法（UV–visible spectrophotometry）进行了表征。SEM分析显示ZrO₂纳米粒子呈多种三角形形态，其中部分为边缘锋利的圆形颗粒，且Pt在氧化锆表面分布均匀。EDX分析表明该催化剂由铂支撑的氧化锆组成，其质量比为Pt/ZrO₂分别为27%、60%和3%。XRD分析确认了氧化锆和铂的特征峰位置分别为28.1°、31.45°、46.8°和67.5°。利用Pt/ZrO₂纳米粒子对橙G染料进行了降解实验，并研究了不同条件（如反应时间、pH值、温度、催化剂用量、搅拌时间）对降解效果的影响。在最佳条件下，染料去除率达到94%，证明Pt/ZrO₂是一种高效的非均相催化剂。橙G染料降解的动力学数据可通过一级反应和改进的Freundlich模型进行很好描述，线性相关系数R²分别为0.9980和0.9850，说明这些模型能较好地反映光催化过程。极高的相关系数表明光降解遵循一级动力学规律。