CN113477250A - 碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，利用碳纤维布、锌源与硝酸银，仅仅通过水热反应、热解和浸渍，获得了碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结，工艺简单、经济、易于操作，制备的ZnO纳米片阵列多孔、比表面积高，利于污染物吸附和光生载流子传递，ZnO纳米片表面负载的Ag2O拓展了ZnO的光响应范围，改变了ZnO纳米片表面的响应特性，而柔性、多孔的碳纤维布基底不仅可以捕获光生电子促进光声载流子分离，在循环使用过程中还便于分离和收集。该柔性、大尺寸、高比表面积的产品，在光催化降解环境有机污染物、生物传感等方面有应用潜力。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法。
背景技术
功能材料的技术发展，促使材料化学领域的研究向设计形貌与组分可控合成的纳米材料方向发展。其中，结构在化学与材料科学领域中处于中心地位。特别地，制备有精确尺寸、形状和维度的无机纳米结构材料已经迅速提升了我们对于材料性能依赖于材料结构与尺寸的理解。在不同形貌的纳米结构中，二维纳米片由于其较薄的厚度、较高的比表面积等独特的结构因素，不仅可以组装多样性的结构、而且有利于表面型电荷迁移，引起了极大的研究热情。但是需要指出的是，二维纳米片材料在生长过程中往往容易团聚而导致活性表面积减少。为此，近年来可以有效避免粒子团聚的二维纳米片阵列结构倍受关注。以二维纳米片组装的阵列结构，可有效地提升或产生新的光电性能。
形貌丰富的ZnO纳米材料，因其成本低廉、环境友好，光电、催化和光化学性质优良，已经成为一种很有潜力的半导体光催化材料。然而，光催化过程中产生的光生电子-空穴对的快速复合、响应光波长范围窄等因素限制了ZnO纳米光催化材料的广泛应用。为提升ZnO纳米光催化材料的催化效率，一些研究者将ZnO纳米光催化材料与其他成分结合起来，如金属离子/阴离子掺杂、表面修饰等等。在这些方法中，掺杂元素对于拓宽ZnO基光催化剂的光吸收范围有一定影响。然而，掺杂产生的结构缺陷成为激子缔合中心、增加了载流子复合的几率，会产生不稳定、光腐蚀、晶格畸变、溶解与重复性差等方面的问题。另一些研究者将不同纳米结构半导体光催化剂与金属、半导体或者碳材料结合形成异质结纳米结构，在异质结构材料中，电荷分离效率高、载流子迁移迅速，光波吸收响应范围宽。相信ZnO基纳米异质结构能够显著改善光生载流子的复合效率、拓展光响应范围、提高光催化活性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，利用水热法、热解法合成碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列，再通过浸渍法在ZnO表面包覆Ag2O，获得了一种柔性多孔、尺寸大、具有较高化学稳定性和光催化性能的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，包括以下步骤：
S1、碳纤维布的预处理：将碳纤维布置于装有一定浓度的浓硝酸溶液的广口瓶中，浸泡一定时间后取出，将其浸泡于装有乙醇的小烧杯中，备用；
S2、ZnO种层液配制：分别在两个100 mL圆底烧瓶中加入一定量乙酸锌和一定量氢氧化钠，以乙醇为溶剂，在一定温度下按一定速度搅拌一定时间后，将所得的两溶液混合，在一定温度下按一定速度继续搅拌一定时间，得到ZnO种层液；
S3、在碳纤维布上种ZnO种层：将浸泡在乙醇中的碳纤维布取出，置于空烧杯中，并将烧杯置于烘箱内，在一定温度下烘干一定时间后，将碳纤维布置于所述ZnO种层液中浸泡一定时间，然后取出放入空烧杯中，并将烧杯置于烘箱中，在一定温度下烘干一定时间，重复上述浸泡/烘干操作一定次数，即可得到表面包覆ZnO种层的碳纤维布；
S4、前驱体溶液的制备：在反应釜中加入一定量六水合硝酸锌，以一定体积去离子水为溶剂在室温下搅拌一定时间，再加入一定量尿素搅拌一定时间，静置，得到多孔ZnO二维纳米片阵列的前驱体溶液；
S5、水热法合成碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结中间产物：将所述表面包覆ZnO种层的碳纤维布置于所述前驱体溶液中，并将反应釜置于烘箱内，在一定温度和一定时间下水热反应一段时间后，将产物从反应釜中取出，分别用去离子水和乙醇清洗，最终得到碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结中间产物；
S6、热解法合成碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结：将所述碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结中间产物放入坩埚中，置于马弗炉中，在一定温度下热解一定时间，最终得到碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结；
S7、浸渍法合成碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结：将所得的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结在添加有一定浓度的硝酸银的乙醇溶液中浸泡一定时间后，置于烘箱中，在一定温度下加热一定时间，重复上述浸泡/加热操作一定次数，最终得到碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结。
进一步地，所述步骤S1中，浓硝酸溶液的浓度为10～16 mol/L，在浓硝酸中的浸泡时间为2～20min。
进一步地，所述步骤S2中，所述的乙酸锌的质量为0.01～0.1 g，氢氧化钠的质量为0.01～0.1 g，搅拌速度为600～1500r/min，搅拌时间为15～60min，搅拌温度为50～80oC。
进一步地，所述步骤S2中，两溶液混合时，将氢氧化钠溶液加入到乙酸锌溶液中，在25～60 oC，600～1500r/min，搅拌30～120min。
进一步地，所述步骤S3中，烘干温度为50～150 oC，烘干时间为5～30min。
进一步地，所述步骤S3中，浸泡/烘干操作时，碳纤维布在所述ZnO种层液中的浸泡时间为1～60min，加热温度为50～200 oC，加热时间为1～60分钟，浸泡/加热操作次数为2～10次。
进一步地，所述步骤S4中，所述的六水合硝酸锌的浓度为0.1～0.8 mol/L，尿素的浓度为0.5～6.0 mol/L，反应釜中去离子水的体积为20～45 mL，六水合硝酸锌溶液的搅拌时间为10～60min，向硝酸锌溶液加入尿素后的搅拌时间为10～60min。
进一步地，所述步骤S5中，水热反应的温度为90～200 oC，时间为8～24 h。
进一步地，所述步骤S6中，热解的温度为200～400 oC，时间为10～60 min。
进一步地，所述步骤S7中，硝酸银的浓度为0.02～0.05 mol/L，浸泡时间为0.5～5min，加热温度为60～150 oC，加热时间为2～10min，浸泡/加热操作次数为1～6次。
本发明具有以下有益效果：
（1）以简单常规的水热反应、热解和浸渍为手段，以常见的无机物、碳纤维布为原料，通过调控反应过程中反应物的浓度、反应时间、反应温度等参数，制备出碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结，当改变反应参数时，可以调控碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的尺寸、形状和组成，以获得光催化性能最佳的结构。
（2）利用碳纤维布、锌源与硝酸银，仅仅通过水热反应、热解和浸渍，就可以获得碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结，工艺简单、经济、易于操作，制备的ZnO纳米片阵列多孔、比表面积高，利于污染物吸附和光生载流子传递，ZnO纳米片表面负载的Ag2O拓展了ZnO的光响应范围，改变了ZnO纳米片表面的响应特性，柔性、多孔的碳纤维布基底不仅可以捕获光生电子促进光声载流子分离，在循环使用过程中还便于分离和收集，可有望实现流动光催化对污水进行净化处理。该柔性、大尺寸、高比表面积的产品，在光催化降解环境有机污染物、生物传感等方面有应用潜力。
（3）本发明的基于碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒的三元异质结纳米光催化剂，可突破单一材料的局限性，极大的提高催化效率。Ag2O禁带宽度较窄，具有较高的可见光利用率，在太阳光照作用下，光生载流子能迅速沿Ag2O粒子传输至多孔ZnO纳米片阵列，再传输至碳纤维布基底，减少光生载流子复合几率，同时，多孔的ZnO二维纳米片阵列具有较高的比表面积，利于有机污染物吸附，从而有效提高有机污染物的降解速率。由于多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗结合在碳纤维布上，因此，催化剂循环使用过程中便于分离和收集，从而有效降低实际应用中的成本、提高经济效益。此外，碳纤维布具有柔性、疏松多孔，可有望实现流动光催化对污水进行净化处理。
附图说明
图1为实施例1制备的（a, b）碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结和（c, d）碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的扫描电镜（SEM）图；
图2为实施例1制备的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的透射电镜（TEM）图；
图3为实施例1制备的（Sample a）碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结和（Sample b）碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的X射线衍射（XRD）图。
图4为实施例1制备的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的X射线能量色散谱（EDS）图。
图5为实施例1（a, b）制备的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结光催化降解水体中污染物四环素的效果图以及（c）推测的光催化机理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
将碳纤维布置于装有16 mol/L浓硝酸的广口瓶中浸泡5min，取出,浸入装有乙醇的小烧杯中,备用；分别在两个100 mL圆底烧瓶中加入0.0275 g乙酸锌和0.01 g氢氧化钠，并分别加入50 mL乙醇作为溶剂，分别在65 oC、以1200转/分的转速搅拌30min，随后将所得的氢氧化钠溶液加入到乙酸锌溶液中，25 oC、以1500转/分的转速继续搅拌90min即得到ZnO种层液。将浸泡在乙醇中的碳纤维布取出，置于空烧杯中，并将烧杯置于烘箱内，在100oC烘干10min后，将碳纤维布置于得到的ZnO种层液中浸泡10min，然后取出放入空烧杯中，再将烧杯置于烘箱内，在150 oC下烘干10min，重复上述浸泡/烘干操作4次，即可得到表面包覆ZnO种层的碳纤维布。在反应釜中加入一定量六水合硝酸锌和40 mL去离子水形成0.4mol/L硝酸锌溶液，室温下搅拌30min，再加入一定量尿素形成2.0 mol/L尿素溶液，继续搅拌30min，静置得到多孔ZnO二维纳米片阵列的前驱体溶液。将得到的表面包覆ZnO种层的碳纤维布置于上述得到的前驱体溶液中，将反应釜置于烘箱内， 90 oC水热反应10 h，反应结束后将产物从反应釜中取出，分别用去离子水和乙醇清洗，最终得到碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结中间产物。将水热反应得到的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结中间产物放入坩埚中，置于马弗炉中，在350 oC热解30min，最终得到碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结。将得到的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结在0.05 mol/L的硝酸银的乙醇溶液中浸泡1min，然后置于烘箱中在120 oC加热6min，重复上述浸泡/加热操作3次，最终得到碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结。
本实施例制得的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结的SEM图如图1（a, b）所示。由图1（a, b）可以看出厚度低于20 nm的ZnO二维纳米片以阵列形式生长在碳纤维布柔性基底上，阵列结构避免了纳米片之间的团聚，且阵列之间的空隙为有机污染物提供了的吸附位点。本实施例制得的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的SEM图如图1（c, d）所示，由图1（c, d）可以看出，碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结不仅保持了碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结的阵列结构，并且Ag2O纳米颗粒成功负载到了ZnO纳米片阵列表面。本实施例制得的多孔ZnO二维纳米片@Ag2O纳米颗粒异质结的TEM图如图2所示，图2进一步证实了Ag2O纳米颗粒成功负载在ZnO纳米片表面，此外可以看出ZnO纳米片具有多孔的表面，进一步增加了有机污染物的吸附位点，且有利于光声载流子在纳米片表面的传递。本实施例制得的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结（Sample a）和碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结（Sample b）的XRD图如图3所示，由图3可以证实合成的样品为碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结和碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结。本实施例制得的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的EDS图如图4所示，由图4可以看出，制得的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结由C、Zn和Ag 3种元素构成。本实施例制得的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结光催化降解水体中污染物四环素的效果图如图5（a, b）所示，由图5（a）可以看出，在氙灯光源模拟的太阳光可见光波段照射下，碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结对水体中的污染物四环素展现出优异的光催化降解效果。由图5（b）可以看出，经过4次循环，碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的光催化性能基本保持不变。本实施例制得的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的推测的光催化机理示意图如图5（c）所示，碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结优异的光催化性能一方面归结为纳米片阵列结构增强的光富集效果，另一方面，ZnO纳米片表面负载的Ag2O拓展了ZnO的光响应范围、改变了ZnO纳米片表面的响应特性，并且碳纤维布基底可以捕获光生电子促进光声载流子分离。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、碳纤维布的预处理：将碳纤维布置于装有一定浓度的浓硝酸溶液的广口瓶中，浸泡一定时间后取出，将其浸泡于装有乙醇的小烧杯中，备用；
S2、ZnO种层液配制：分别在两个100 mL圆底烧瓶中加入一定量乙酸锌和一定量氢氧化钠，以乙醇为溶剂，在一定温度下按一定速度搅拌一定时间后，将所得的两溶液混合，在一定温度下按一定速度继续搅拌一定时间，得到ZnO种层液；
S3、在碳纤维布上种ZnO种层：将浸泡在乙醇中的碳纤维布取出，置于空烧杯中，并将烧杯置于烘箱内，在一定温度下烘干一定时间后，将碳纤维布置于所述ZnO种层液中浸泡一定时间，然后取出放入空烧杯中，并将烧杯置于烘箱中，在一定温度下烘干一定时间，重复上述浸泡/烘干操作一定次数，即可得到表面包覆ZnO种层的碳纤维布；
S4、前驱体溶液的制备：在反应釜中加入一定量六水合硝酸锌，以一定体积去离子水为溶剂在室温下搅拌一定时间，再加入一定量尿素搅拌一定时间，静置，得到多孔ZnO二维纳米片阵列的前驱体溶液；
S5、水热法合成碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结中间产物：将所述表面包覆ZnO种层的碳纤维布置于所述前驱体溶液中，并将反应釜置于烘箱内，在一定温度和一定时间下水热反应一段时间后，将产物从反应釜中取出，分别用去离子水和乙醇清洗，最终得到碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结中间产物；
S6、热解法合成碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结：将所述碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结中间产物放入坩埚中，置于马弗炉中，在一定温度下热解一定时间，最终得到碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结；
S7、浸渍法合成碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结：将所得的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列异质结在添加有一定浓度的硝酸银的乙醇溶液中浸泡一定时间后，置于烘箱中，在一定温度下加热一定时间，重复上述浸泡/加热操作一定次数，最终得到碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结。
2.根据权利要求1所述的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，浓硝酸溶液的浓度为10～16 mol/L，在浓硝酸中的浸泡时间为2～20min。
3.根据权利要求1所述的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述的乙酸锌的质量为0.01～0.1 g，氢氧化钠的质量为0.01～0.1 g，搅拌速度为600～1500r/min，搅拌时间为15～60min，搅拌温度为50～80 oC。
4.根据权利要求1所述的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，两溶液混合时，将氢氧化钠溶液加入到乙酸锌溶液中，在25～60 oC，600～1500r/min，搅拌30～120min。
5.根据权利要求1所述的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，其特征在于，所述步骤S3中，烘干温度为50～150 oC，烘干时间为5～30min。
6.根据权利要求1所述的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，其特征在于，所述步骤S3中，浸泡/烘干操作时，碳纤维布在所述ZnO种层液中的浸泡时间为1～60min，加热温度为50～200 oC，加热时间为1～60分钟，浸泡/加热操作次数为2～10次。
7.根据权利要求1所述的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述的六水合硝酸锌的浓度为0.1～0.8 mol/L，尿素的浓度为0.5～6.0 mol/L，反应釜中去离子水的体积为20～45 mL，六水合硝酸锌溶液的搅拌时间为10～60min，向硝酸锌溶液加入尿素后的搅拌时间为10～60min。
8.根据权利要求1所述的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，其特征在于，所述步骤S5中，水热反应的温度为90～200 oC，时间为8～24 h。
9.根据权利要求1所述的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，其特征在于，所述步骤S6中，热解的温度为200～400 oC，时间为10～60 min。
10.根据权利要求1所述的碳纤维布@多孔ZnO二维纳米片阵列@Ag2O纳米颗粒三元异质结的合成方法，其特征在于，所述步骤S7中，硝酸银的浓度为0.02～0.05 mol/L，浸泡时间为0.5～5min，加热温度为60～150 oC，加热时间为2～10min，浸泡/加热操作次数为1～6次。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116283324A (zh) * | 2023-02-13 | 2023-06-23 | 杭州英希捷科技有限责任公司 | 一种改善碳纤维陶瓷界面的方法与制备方法及应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103866321A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-06-18 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 银纳米颗粒-氧化锌多孔纳米片-碳纤维布复合衬底及其制备方法和用途 |
| CN108579746A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-09-28 | 福建农林大学 | 一种氧化锌/氧化银复合光催化剂的制备方法及其应用 |
| CN108772062A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-09 | 湘潭大学 | 一种ZnO/Ag2O光催化复合材料及其制备方法及其用途 |
| CN109603824A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-12 | 合肥学院 | 一种银/氧化锌复合材料的制备方法及应用 |
-
2021
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103866321A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-06-18 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 银纳米颗粒-氧化锌多孔纳米片-碳纤维布复合衬底及其制备方法和用途 |
| CN108579746A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-09-28 | 福建农林大学 | 一种氧化锌/氧化银复合光催化剂的制备方法及其应用 |
| CN108772062A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-09 | 湘潭大学 | 一种ZnO/Ag2O光催化复合材料及其制备方法及其用途 |
| CN109603824A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-12 | 合肥学院 | 一种银/氧化锌复合材料的制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| FENGPING PENG等: "Construction of (001) facets exposed ZnO nanosheets on magnetically driven cilia film for highly active photocatalysis" * |
| REDA M. MOHAMED等: "Facile Synthesis of Mesoporous Ag2O-ZnO Heterojunctions for Efficient Promotion of Visible Light Photodegradation of Tetracycline" * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116283324A (zh) * | 2023-02-13 | 2023-06-23 | 杭州英希捷科技有限责任公司 | 一种改善碳纤维陶瓷界面的方法与制备方法及应用 |
| CN116283324B (zh) * | 2023-02-13 | 2024-04-12 | 杭州英希捷科技有限责任公司 | 一种改善碳纤维陶瓷界面的方法与制备方法及应用 |
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