《Micro and Nanostructures》：Graphene Oxide-Based Ag-Modified Cerium Oxide Nanocomposites for Natural-Sunlight-Assisted Decolorization of Methylene Blue
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•在0–105分钟的共同阳光照射窗口内，对亚甲基蓝光谱进行了比较。•在105分钟时记录的衰减率为38.8%、65.8%和72.9%。•三种光谱指标对改性制剂给出了重叠的数值范围。•线性信号衰减模型更好地描述了所有三条记录序列。•本研究是一项非标准化的自然阳光概念验证实验。引言
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在0–105分钟的共同阳光照射窗口内，对亚甲基蓝光谱进行了比较。
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在105分钟时记录的衰减率为38.8%、65.8%和72.9%。
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三种光谱指标对改性制剂给出了重叠的数值范围。
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线性信号衰减模型更好地描述了所有三条记录序列。
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本研究是一项非标准化的自然阳光概念验证实验。
引言
纺织行业是农业用地和地下水中有机污染物快速增长的主要原因，对公共卫生和环境安全构成重大威胁。工业排放到环境中最常见的有机污染物是纺织染料。基于半导体的金属氧化物纳米粒子作为净化水和空气的试剂展现出了巨大的前景[1]、[2]。由于成本低廉、地球储量丰富、毒性较低、可回收以及能够支持多电子转移过程，金属氧化物被广泛应用于废水处理，尤其是纺织染料的去除。适当的催化剂对于去除有机染料以净化废水并从水中回收有害物质至关重要。基于金属氧化物的催化剂具有优越的光学和电学特性，可以通过缩小其尺寸和添加适当的掺杂剂来加以改变[3]、[4]。光生载流子的产生和有效的电荷转移通常是光催化活性的先决条件[5]。光催化剂的效率取决于载流子复合的速率。在半导体光催化剂中，载流子复合可在纳秒时间尺度上发生，而界面电荷转移过程可能在微秒至毫秒时间尺度上发生，从而限制了可用于表面反应的光生载流子比例[6]。因此，载流子传输、复合行为和表面反应途径的改性已被广泛探索，以提高光催化性能。表面结构和缺陷化学也会影响催化活性。已有报告指出，缺陷态和氧空位在半导体光催化剂中会影响载流子捕获和表面氧化还原过程[7]、[8]、[9]、[10]。然而，其具体作用在很大程度上取决于材料组成和缺陷浓度；因此，仅凭此类缺陷的存在并不能确立其对光催化活性的贡献。
利用选定的金属或非金属物种对半导体材料进行改性，是定制其光学、电子和表面性质的常用策略。根据引入物种的化学状态、浓度和位置，它们可以在半导体带结构内部或附近产生或修改电子态[11]。为增加光催化活性，半导体通常被锡（Sn）、锰（Mn）、银（Ag）和铁（Fe）等金属元素或碳（C）、氮（N）、硫（S）、氟（F）、氯（Cl）和溴（Br）等非金属元素改性[12]、[13]、[14]、[15]。此类改性可能影响载流子捕获和复合；然而，引入的态是促进电荷分离还是充当复合中心，取决于其性质和浓度。已有研究表明，二氧化铈（CeO?）是一种被广泛研究的催化和光催化材料，部分原因是Ce??/Ce3?电对的氧化还原电位、其耐化学腐蚀和耐光腐蚀的能力以及其对紫外光的强吸收能力。然而，CeO?相对较宽的带隙限制了其对太阳光中可见光部分的有效利用[16]、[17]、[18]、[19]、[20]。因此，组成改性和界面耦合已被作为在太阳光照射下改变其光学和表面响应策略进行研究。选择银作为金属改性剂，是因为含有银的CeO?体系据报道表现出与光催化应用相关的修改后的光学、表面和界面性质[16]、[21]、[22]。因此，银被称为改性剂，因为结构数据未能确定其精确的晶格位占据情况。
引入氧化石墨（GO）作为含碳界面组分，因为其含氧官能团和二维形态可以促进与氧化物纳米粒子的紧密接触，并可能影响吸附和界面电荷传输[19]、[23]。这些作用被视为GO的可能功能，而非本材料中经实验证实的电荷转移机制。本研究仅考察了一种名义含GO 10 wt.%的制剂；因此，该添加量不作为优化组成呈现。在更高GO含量下，表面覆盖率增加可能增强氧化物与GO的接触，但过度覆盖也可能减少氧化物对光的接收或遮挡可用的表面活性位点。这些竞争效应在本研究中未进行实验考察。
已有报道称，采用多种技术合成CeO?纳米粒子，包括水热法[21]、溶胶-凝胶法[24]、微波法[25]和共沉淀法[26]。与其他方法相比，溶胶-凝胶自燃法简单、经济且环保。亚甲基蓝（MB；C??H??N?SCl）被广泛用作光催化研究中的模型有机染料，其在665 nm附近的特征可见吸收带提供了显色基团衰减的便捷光谱指示器[3]、[23]。在本研究中，MB吸收响应的变化被解释为特征显色基团的脱色，而非完全矿化的直接证据。
在本研究中，采用改进的Hummers法、溶胶-凝胶自燃法和超声处理制备了GO、CeO?、名义银改性CeO?制剂以及名义含10 wt.% GO的银改性CeO?纳米复合材料。溶胶-凝胶自燃路线被用作制备氧化物粉末的实用方法，随后进行煅烧步骤。对制备的材料采用互补的结构、光谱和形貌表征技术进行了检查，并评估了其自然阳光辅助的MB脱色响应。解释重点关注所测量的表征和脱色结果；电荷分离、特定活性氧物种和完全矿化未被直接评估。
章节摘要
材料
使用分析纯的硝酸铈、硝酸银、柠檬酸、乙二醇、石墨粉、高锰酸钾、过氧化氢、盐酸、硫酸和亚甲基蓝染料，均未进一步纯化。实验全程使用蒸馏水。
XRD分析
图1中的XRD图谱展示了CeO?、名义银改性CeO?制剂和名义含10 wt.% GO的银改性CeO?纳米复合材料的结构特征。在2θ=28.3°、33.0°、47.5°、56.5°、59.1°、69.5°、76.6°和79.0°处观察到的显著峰，分别可以归属于萤石结构CeO?的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)、(400)、(331)和(420)晶面。观察到的衍射图谱与立方萤石结构一致。
结论
在本研究中，采用溶胶-凝胶自燃法、改进的Hummers法和超声处理，制备了CeO?、使用Ce:Ag前驱体摩尔比为9:1的名义银改性CeO?制剂，以及名义含10 wt.% GO的银改性CeO?纳米复合材料。结构、光谱和显微表征支持了以萤石CeO?为主的晶态结构，同时具有与银和GO相关的组成特征。紫外-可见光谱显示了依赖于组成的变化。
CRediT作者贡献声明
Sang-Shin Park：写作 – 审阅与编辑、验证、监督、方法论。Fauzia Khan：写作 – 原稿撰写、可视化、验证、方法论、调查、数据整理、概念化。Azra Parveen：写作 – 审阅与编辑、可视化、形式分析。Siraj Azam：写作 – 原稿撰写、可视化、调查、形式分析、数据整理。Ameer Azam：写作 – 审阅与编辑、可视化、形式分析。Saleh O. Allehabi：写作 – 审阅与编辑。
资金
本研究未获得公共、商业或非营利部门资助机构的任何专项资助。
利益冲突声明
? 作者声明，他们不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
Fauzia Khan|Siraj Azam|Azra Parveen|Saleh O. Allehabi|Ameer Azam|Sang-Shin Park
