DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.03.277

通过将p型CuO与n型ZnO纳米纤维偶联制备了CuO/ZnO p-n异质结纳米纤维，其可有效消除燃油中的吡啶。系统地研究了合成纳米纤维的结构和光电特性。该光降解系统适用于在不与其他氧化剂混合的情况下，利用环境空气氧化燃油中的吡啶。在可见光照射下，17.5mg MCuZn-0.5（Cu/Zn摩尔比为0.5at％）可在60min内降解90％以上的吡啶（100mL，100μg/g）。MCuZn-0.5纳米纤维的可见光诱导光催化脱氮效率几乎是仅ZnO的1.5倍。p-CuO/n-ZnO异质结纳米纤维出色的脱氮活性可归因于增强的光吸收能力和光激发电荷对的有效分离。此外，五次循环实验证实MCuZn-0.5纳米纤维具有良好的光催化脱氮性能。机理研究表明，光激发空穴在反应物中间体的形成中起主要作用，而超氧自由基则促进了吡啶的最终矿化过程。

图1.ZnO、CuO和p-CuO/n-ZnO异质结纳米纤维的XRD图谱。

图2.（a）ZnO前体纳米纤维，（b）ZnO，（c）MCuZn-0.5前体纳米纤维和（d）MCuZn-0.5的FESEM图像；（e）MCuZn-0.5的EDS光谱。

图3.ZnO和MCuZn-0.5纳米纤维的XPS光谱：（a）全扫描光谱以及（b）Cu2p，（c）Zn2p和（d）O1s的高分辨率光谱。

图4.（a）ZnO和p-CuO/n-ZnO异质结纳米纤维的UV-vis DRS；（b）所制备的纳米纤维样品的相应（αhν）2与（hν）的关系曲线。

图5.（a）ZnO、CuO和MCuZn-0.5纳米纤维的PL光谱和（b）瞬态光电流响应（使用可见光照明开/关循环进行计时电流实验）。

图6.（a）所制备的纳米纤维和市售ZnO在可见光照射下降解吡啶的光催化活性，（b）使用不同光催化剂光降解吡啶的拟一级动力学拟合数据和（c）反应速率常数。误差棒代表五次重复测量的标准偏差（下同）。

图7.（a）MCuZn-0.5纳米纤维的量，（b）溶液pH和（c）初始N浓度对吡啶的光催化脱氮效率的影响。

图8.（a）MCuZn-0.5纳米纤维在可见光照射下进行光降解吡啶的五次循环实验；（b）吡啶在MCuZn-0.5纳米纤维上的TOC转化率（条件：300W Xe灯，0.0175g MCuZn-0.5纳米纤维，100mL 100μg/g模拟燃油，20℃，大气压）；（c）MCuZn-0.5纳米纤维在五个循环前后的XRD图谱。

图9.（a）各种清除剂对吡啶光降解过程的影响（条件：300W Xe灯，0.0175g MCuZn-0.5纳米纤维，100mL 100μg/g模拟燃油，20℃）；（b）在可见光照射下10分钟，ZnO和MCuZn-0.5纳米纤维的DMPO-·OH和DMPO-·O2-的EPR光谱。

 图10.吡啶在p-CuO/n-ZnO异质结纳米纤维上的光降解示意图。