研究目的
通过脉冲激光烧蚀生成无配体CuOx或FeOx纳米颗粒，并利用静电导向胶体沉积法，开发一种新型且高度可控的TiO2催化剂复合材料制备方法，以增强其光催化性能。
研究成果
采用脉冲激光烧蚀法制备的无配体纳米颗粒通过静电定向胶体沉积技术，为制备具有增强光催化性能的TiO?复合材料提供了一种高度可控且环保的方法。优化添加约0.5 wt%的CuO?和FeO?后，2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）的降解速率提高了1.5倍，这主要归因于更优的电荷分离与氧化还原催化作用。该方法有望为各类太阳能应用开发定制化光催化剂。
研究不足
该方法可能受限于较高负载量下CuOx和FeOx的寄生光吸收，这会降低光活性。催化剂纳米颗粒尺寸小且含量低，使得TEM观察具有挑战性。由于比表面积小且嵌入TiO2聚集体中，XPS信号较弱。该方法特定于TiO2和所测试的污染物，在未经优化的情况下可能不适用于其他体系。
1：实验设计与方法选择：
该方法通过在水介质中对金属氧化物靶材进行脉冲激光烧蚀生成无配体CuOx或FeOx纳米颗粒，随后通过调节pH值建立静电吸附作用实现胶体在锐钛矿TiO2基底上的沉积，从而精确控制催化剂负载量和粒径。
2：样品选择与数据来源：
采用Sigma-Aldrich的CuO和Fe2O3微米粉作为烧蚀靶材，Sachtleben公司的Hombikat UV 100锐钛矿TiO2粉末作为基底，2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）作为光催化降解实验的测试污染物。
3：实验设备与材料清单：
脉冲激光烧蚀系统（Rofin Sinar RSM100D，1064 nm）、分析型圆盘离心机（CPS DC2400）、zeta电位测量仪（Malvern Zetasizer Nano ZS）、X射线衍射仪（STOE STADI-P）、紫外-可见分光光度计（Perkin Elmer Lambda 650）、扫描电镜（LEO-1550场发射电镜）、透射电镜（Philips CM12/FEI Titan 80-300）、光致发光光谱仪（Horiba Jobin Yvon Fluorolog）、X射线光电子能谱仪（VersaProbe II）、太阳光模拟器（US-800，UNNASOL GmbH）、荧光分光光度计（FluoroLog-3，Horiba Jobin Yvon）。材料包括CuO、Fe2O3、TiO2、超纯水（Milli-Q）、硝酸、氢氧化钠、对苯二甲酸及2,4-D。
4：0）、zeta电位测量仪（Malvern Zetasizer Nano ZS）、X射线衍射仪（STOE STADI-P）、紫外-可见分光光度计（Perkin Elmer Lambda 650）、扫描电镜（LEO-1550场发射电镜）、透射电镜（Philips CM12/FEI Titan 80-300）、光致发光光谱仪（Horiba Jobin Yvon Fluorolog）、X射线光电子能谱仪（VersaProbe II）、太阳光模拟器（US-800，UNNASOL GmbH）、荧光分光光度计（FluoroLog-3，Horiba Jobin Yvon）。材料包括CuO、Fe2OTiO超纯水（Milli-Q）、硝酸、氢氧化钠、对苯二甲酸及2,4-D。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：采用特定参数（30 W功率、6 mJ脉冲能量、5 kHz重复频率）进行激光烧蚀制备胶体，调节pH至6实现沉积。在模拟太阳光照射下进行2,4-D光催化降解实验，定时取样进行紫外-可见分析，通过羟基对苯二甲酸荧光强度测定羟基自由基产量。
5：数据分析方法：
采用差速离心沉降法分析粒径分布，zeta电位测量确定等电点，根据2,4-D浓度变化计算光催化速率，统计分析包含多次实验的标准偏差。
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Zetasizer
Nano ZS
Malvern
Used for zeta potential measurements to determine isoelectric points of colloids and substrate.
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UV-vis Spectrophotometer
Lambda 650
Perkin Elmer
Used for diffuse reflectance spectroscopy to measure UV-vis absorption spectra.
-
Scanning Electron Microscope
LEO-1550 FE-SEM
Zeiss
Used for SEM investigations and EDX spectroscopy to analyze elemental composition.
-
Transmission Electron Microscope
Titan 80-300
FEI
Used for high-resolution TEM, EELS, and EFTEM to analyze composite photocatalysts.
-
Analytical Disk Centrifuge
CPS DC2400
CPS
Used for determining the average size of colloidal nanoparticles via differential centrifugal sedimentation.
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Laser System
RSM100D
Rofin Sinar
Used for pulsed laser ablation to generate colloidal nanoparticles of CuOx and FeOx in water.
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X-ray Diffractometer
STADI-P
STOE
Used for recording XRD patterns to analyze crystallinity of materials.
-
Transmission Electron Microscope
CM12
Philips
Used for TEM of colloids to analyze morphology and size.
-
Photoluminescence Spectrophotometer
Fluorolog
Horiba Jobin Yvon
Used for solid-state photoluminescence spectra to study charge recombination.
-
X-ray Photoelectron Spectrometer
VersaProbe II
Ulvac-Phi
Used for XPS measurements to analyze surface composition and oxidation states.
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Solar Simulator
US-800
UNNASOL GmbH
Used for simulated solar irradiation in photocatalytic degradation experiments.
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Spectrofluorometer
FluoroLog-3
Horiba Jobin Yvon
Used for fluorescence spectra to measure hydroxyl radical production.
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TiO2 Powder
Hombikat UV 100
Sachtleben
Used as the anatase TiO2 substrate for colloidal deposition.
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CuO Micropowder
Sigma-Aldrich
Used as ablation target to generate CuOx nanoparticles.
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Fe2O3 Micropowder
Sigma-Aldrich
Used as ablation target to generate FeOx nanoparticles.
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