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A stable novel nanostructure of ZnFe 2 O 4 based nanocomposite for improved photoelectrocatalytic and photocatalytic activities
Journal of Electroanalytical Chemistry ( IF 4.5 ) Pub Date : 2018-08-01 , DOI: 10.1016/j.jelechem.2018.07.003 I. Neelakanta Reddy , Ch. Venkata Reddy , Adem Sreedhar , Jaesool Shim , Migyung Cho , Kisoo Yoo , Dongseob Kim , Jin Seog Gwag
Journal of Electroanalytical Chemistry ( IF 4.5 ) Pub Date : 2018-08-01 , DOI: 10.1016/j.jelechem.2018.07.003 I. Neelakanta Reddy , Ch. Venkata Reddy , Adem Sreedhar , Jaesool Shim , Migyung Cho , Kisoo Yoo , Dongseob Kim , Jin Seog Gwag
Abstract A nonagon ZnO–ZnFe2O4 nanocomposite was synthesized using high-energy ball milling followed by post-annealing with an initial mixture of high purity magnetite (Fe3O4) and zincite (ZnO) powders. The effects of the process parameters on the structural, optical, photocatalytic, and photoelectrocatalytic activities were investigated. X-ray diffraction analysis was used to confirm the presence cubic spinel ZnFe2O4 and hexagonal ZnO crystal phases. The lowest optical bandgap observed was 1.83 eV, which decreased due to post-annealing. The photocatalytic activity of the 800 °C post-annealed nanocomposite exhibited the highest degradation percentage of 96% over 180 min under visible light, with a degradation rate constant of 1.5 min−1. Furthermore, the optimized sample showed no substantial decrease in photocatalytic activity after five cycles of the repeated catalysis experiment. In electrochemical studies, when compared to the other post-annealed samples, the 800 °C post-annealed nanocomposite showed the highest water splitting activity with the lowest charge-transfer resistance of 75 Ω, photocurrent density of 4.3 × 10−5 Acm−2, exchange current density of 4.19 log JA−1 cm−2, and Tafel slopes of 74.1 mVdec−1. In dual activities, the performance of the 800 °C post-annealed nanocomposite was noticed to be enhanced. This nanocomposite has potential industrial applications as a cost-effective catalyst.
中文翻译:
一种稳定的新型 ZnFe 2 O 4 基纳米复合材料纳米结构,可提高光电催化和光催化活性
摘要 采用高能球磨法合成了一种九边形 ZnO-ZnFe2O4 纳米复合材料,然后用高纯度磁铁矿 (Fe3O4) 和锌铁矿 (ZnO) 粉末的初始混合物进行后退火。研究了工艺参数对结构、光学、光催化和光电催化活性的影响。X 射线衍射分析用于确认立方尖晶石 ZnFe2O4 和六方 ZnO 晶相的存在。观察到的最低光学带隙为 1.83 eV,由于后退火而降低。800 °C 后退火纳米复合材料在可见光下的光催化活性在 180 分钟内表现出最高的降解率 96%,降解速率常数为 1.5 min-1。此外,经过 5 个循环的重复催化实验后,优化后的样品的光催化活性没有显着降低。在电化学研究中,与其他后退火样品相比,800 °C 后退火纳米复合材料显示出最高的水分解活性,最低的电荷转移电阻为 75 Ω,光电流密度为 4.3 × 10−5 Acm−2 ,交换电流密度为 4.19 log JA−1 cm−2,塔菲尔斜率为 74.1 mVdec−1。在双重活动中,注意到 800 °C 后退火纳米复合材料的性能得到增强。这种纳米复合材料作为一种具有成本效益的催化剂具有潜在的工业应用。800 °C 后退火的纳米复合材料显示出最高的水分解活性,最低的电荷转移电阻为 75 Ω,光电流密度为 4.3 × 10-5 Acm-2,交换电流密度为 4.19 log JA-1 cm-2,和 74.1 mVdec−1 的 Tafel 斜率。在双重活动中,注意到 800 °C 后退火纳米复合材料的性能得到增强。这种纳米复合材料作为一种具有成本效益的催化剂具有潜在的工业应用。800 °C 后退火的纳米复合材料显示出最高的水分解活性,最低的电荷转移电阻为 75 Ω,光电流密度为 4.3 × 10-5 Acm-2,交换电流密度为 4.19 log JA-1 cm-2,和 74.1 mVdec−1 的 Tafel 斜率。在双重活动中,注意到 800 °C 后退火纳米复合材料的性能得到增强。这种纳米复合材料作为一种具有成本效益的催化剂具有潜在的工业应用。
更新日期:2018-08-01
中文翻译:
一种稳定的新型 ZnFe 2 O 4 基纳米复合材料纳米结构,可提高光电催化和光催化活性
摘要 采用高能球磨法合成了一种九边形 ZnO-ZnFe2O4 纳米复合材料,然后用高纯度磁铁矿 (Fe3O4) 和锌铁矿 (ZnO) 粉末的初始混合物进行后退火。研究了工艺参数对结构、光学、光催化和光电催化活性的影响。X 射线衍射分析用于确认立方尖晶石 ZnFe2O4 和六方 ZnO 晶相的存在。观察到的最低光学带隙为 1.83 eV,由于后退火而降低。800 °C 后退火纳米复合材料在可见光下的光催化活性在 180 分钟内表现出最高的降解率 96%,降解速率常数为 1.5 min-1。此外,经过 5 个循环的重复催化实验后,优化后的样品的光催化活性没有显着降低。在电化学研究中,与其他后退火样品相比,800 °C 后退火纳米复合材料显示出最高的水分解活性,最低的电荷转移电阻为 75 Ω,光电流密度为 4.3 × 10−5 Acm−2 ,交换电流密度为 4.19 log JA−1 cm−2,塔菲尔斜率为 74.1 mVdec−1。在双重活动中,注意到 800 °C 后退火纳米复合材料的性能得到增强。这种纳米复合材料作为一种具有成本效益的催化剂具有潜在的工业应用。800 °C 后退火的纳米复合材料显示出最高的水分解活性,最低的电荷转移电阻为 75 Ω,光电流密度为 4.3 × 10-5 Acm-2,交换电流密度为 4.19 log JA-1 cm-2,和 74.1 mVdec−1 的 Tafel 斜率。在双重活动中,注意到 800 °C 后退火纳米复合材料的性能得到增强。这种纳米复合材料作为一种具有成本效益的催化剂具有潜在的工业应用。800 °C 后退火的纳米复合材料显示出最高的水分解活性,最低的电荷转移电阻为 75 Ω,光电流密度为 4.3 × 10-5 Acm-2,交换电流密度为 4.19 log JA-1 cm-2,和 74.1 mVdec−1 的 Tafel 斜率。在双重活动中,注意到 800 °C 后退火纳米复合材料的性能得到增强。这种纳米复合材料作为一种具有成本效益的催化剂具有潜在的工业应用。