注册 English

CeO2/NaNbO3复合物的水热合成及其光催化性能的提高

钱进 ,  薛瑶 ,  敖燕辉 ,  王沛芳 ,  王超

downloadPDF
引用本文: 钱进,  薛瑶,  敖燕辉,  王沛芳,  王超. CeO2/NaNbO3复合物的水热合成及其光催化性能的提高[J]. 催化学报, 2018, 39(4): 682-692. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62975-9 shu
Citation:  Jin Qian,  Yao Xue,  Yanhui Ao,  Peifang Wang,  Chao Wang. Hydrothermal synthesis of CeO2/NaNbO3 composites with enhanced photocatalytic performance[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(4): 682-692. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62975-9 shu

CeO2/NaNbO3复合物的水热合成及其光催化性能的提高

  • 河海大学环境学院浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室, 江苏南京 210098

  • 基金项目:

    国家自然科学基金创新研究群体科学基金（51421006）；国家自然科学基金（51422902，41430751，51679063）；国家重点研发计划（2016YFC0502203）；江苏高校优势学科建设工程（PAPD）.

摘要: 钙钛矿型NaNbO3由于其非线性光学、铁电、离子导电性、高声速、光催化性能和光折变等优良性能而备受关注.在光催化反应中，宽禁带宽度（≈3.24eV）使NaNbO3具有较高的导带底（CBM）和较低的价带顶（VBM）.因此，它表现出强烈的光氧化和光还原能力.众所周知，钙钛矿型光催化剂光电子激发和传输能力的增强归因于其较高的对称性.因此，具有高对称性的立方NaNbO3有利于电子激发和转移.但是，一些固有的缺点，包括电荷分离效率低、量子产率差和光催化活性差等，限制了其在光催化领域的实际应用.为了解决这些问题，一种有效的方法是与其他半导体结合，形成具有改善光催化活性的异质结复合物.CeO2作为传统的催化剂在光催化领域得到了广泛研究.CeO2具有稳定、无毒的特点，是一种n型半导体.目前，研究人员已经发现CeO2与不同半导体的耦合可以提高CeO2的光催化活性.这归因于能级水平的适当匹配.
本文通过简易水热法制备了高活性的CeO2/NaNbO3异质结复合物，并采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM，HRTEM）和紫外-可见漫反射光谱（DRS）等表征技术研究了所制光催化剂的物相结构、样品形貌和光学性能.所制样品的光催化活性通过光催化降解无色抗菌环丙沙星（CIP）和染料罗丹明B（RhB）证实.结果表明，在紫外和可见光照射，CeO2/NaNbO3复合物比纯NaNbO3具有更高的光催化活性.此外，CeO2/NaNbO3复合物中CeO2的最佳质量比为2.0wt%.紫外光照射下光催化性能的显著提高是由于CeO2/NaNbO3异质结的形成不仅提高了光生电荷在界面范围内的迁移速率，而且降低了光激发产生的电子和空穴的复合率.可见光照射下内置电场的存在促进了电子和空穴的分离，提高了光催化性能.此外，利用光致发光（PL）光谱、光电流、电化学阻抗谱和捕获实验证明了样品的光催化反应机理.捕获实验结果表明，·OH自由基、·O2-自由基和空穴都参与了RhB的光催化降解过程.最后，探讨了提高光催化活性的可能机理.

English

    1. [1] W. D. Zhang, Z. W. Zhao, F. Dong, Y. X. Zhang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 372-378.

    2. [2] Y. J. Sun, X. Xiao, X. Dong, F. Dong, W. Zhang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 217-226.

    3. [3] H. Wang, X. Z. Yuan, Y. Wu, G. M. Zeng, W. G. Tu, C. Sheng, Y. C. Deng, F. Chen, J. Chew, Appl. Catal. B, 2017, 209, 543-553.

    4. [4] T. Xiong, H. J. Zhang, Y. X. Zhang, F. Dong, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2155-2163.

    5. [5] H. Wang, X. Yuan, Y. Wu, G. Zeng, H. Dong, X. Chen, L. Leng, Z. Wu, L. Peng, Appl. Catal. B, 2016, 186, 19-29.

    6. [6] Z. L. Ni, W. D. Zhang, G. M. Jiang, X. P. Wang, Z. Z. Lu, Y. J. Sun, X. W. Li, Y. X. Zhang, F. Dong, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1174-1183.

    7. [7] Z. Z. Wu, X. Z. Yuan, H. Wang, Z. B. Wu, L. B. Jiang, H. Wang, L. Zhang, Z. H. Xiao, X. H. Chen, G. M. Zeng, Appl. Catal. B, 2017, 202, 104-111.

    8. [8] S. S. Gu, Y. N. Chen, X. Z. Yuan, H. Wang, X. H. Chen, Y. Liu, Q. Jiang, Z. B. Wu, G. M. Zeng, RSC Adv., 2015, 5, 79556-79564.

    9. [9] H. Huang, X. Han, X. Li, S. C. Wang, P. Chu, Y. H. Zhang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 482-492.

    10. [10] F. Chen, H. Huang, C. Zeng, X. Du, Y. H. Zhang, ACS Sustainable Chem. Eng., 2017, 5, 7777-7791.

    11. [11] H. F. Shi, B. Y. Lan, C. L. Zhang, Z. G. Zou, J. Phys. Chem. Solids, 2014, 75, 74-78.

    12. [12] Z. Zhao, X. Y. Zhang, G. Q. Zhang, Z. Y. Liu, D. Qu, X. Miao, P. Y. Feng, Z. C. Sun, Nano Res., 2015, 8, 4061-4071.

    13. [13] Y. G. Guo, Y. S. Hu, W. Sigle, J. Maier, Adv. Mater., 2007, 19, 2087-2091.

    14. [14] H. W. Xu, A. Navrotsky, Y. L. Su, M. L. Balmer, Chem. Mater., 2005, 17, 1880-1886.

    15. [15] K. E. Johnston, C. C. Tang, J. E. Parker, K. S. Knight, P. Lightfoot, S. E. Ashbrook, J. Am. Chem. Soc., 2010,132, 8732-8746.

    16. [16] J. Lv, T. Kako, Z. S. Li, Z. G. Zou, J. H. Ye, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 6157-6162.

    17. [17] J. H. Jung, M. Lee, J. I. Hong, Y. Ding, C. Y. Chen, L. J. Chou, Z. L. Wang, ACS Nano, 2011, 5, 10041-10046.

    18. [18] Z. G. Yi, J. H. Ye, N. Kikugawa, T. Kako, S. X. Ouyang, H. Stu-art-Williams, H. Yang, J. Y. Cao, W. J. Luo, Z. S. Li, Y. Lin, R. L. With-ers, Nat. Mater., 2010, 9, 559-564.

    19. [19] Y. Ma, X. L. Wang, Y. S. Jia, X. B. Chen, H. X. Han, C. Li, Chem. Rev., 2014, 114, 9987-10043.

    20. [20] W. Wang, M. O. Tade, Z. P. Shao, Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 5371-5408.

    21. [21] H. Xu, C. T. Liu, H. M. Li, Y. G. Xu, J. X. Xi, S. Yin, L. Liu, X.Y. Wu, J. Alloys Compd., 2011, 509, 9157-9163.

    22. [22] S. F. Chen, Y. F. Hu, L. Ji, X. L. Jiang, X. L. Fu, Appl. Surf. Sci., 2014, 292, 357-366.

    23. [23] S. F. Chen, J. Lei, W. M. Tang, X. L. Fu, Dalton Trans., 2013, 42, 10759-10768.

    24. [24] S. Kumar, S. Khanchandani, M. Thirumal, A. K. Ganguli, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 13221-13233.

    25. [25] J. Lv, T. Kako, Z. S Li, Z. G. Zou, J. F. Ye, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 6157-6162.

    26. [26] M. Aslama, M. T. Qamara, M. T. Soomroa, I. M. Ismaila, N. Salahc, T. Almeelbia, M. A. Gondal, A. Hameed, Appl. Catal. B, 2016, 180, 391-402.

    27. [27] M. D. H. Ernander-Alonso, A. B. Hungria, A. M. Artinez-Arias, M. F. Ernandez-Garcia, J. M. Coronado, J. C. Conesa, Appl. Catal. B, 2004, 50, 167-175.

    28. [28] S. Ghasemi, S. R. Setayesh, A. Habibi-Yangjeh, M. R. Hor-mozi-Nezhad, M. R.Gholami, J. Hazard. Mater., 2012, 199-200, 170-178.

    29. [29] H. Liu, M. Y. Wang, Y. Wang, Y. G. Liang, W. R. Cao, Y. Su, J. Photo-chem. Photobiol. A, 2011, 223, 157-164.

    30. [30] S. H. Hsieh, A. Manivel, G. J. Lee, J. J. Wu, Mater. Res. Bull., 2013, 48, 4174-4180.

    31. [31] Z. Y. Ji, X. P. Shen, M. Z. Li, H. Zhou, G. X. Zhu, K. M. Chen, Nanotech-nology, 2013, 24, 1-10.

    32. [32] L. Y. Huang, Y. P. Li, H. Xu, Y. G. Xu, J. X. Xia, K. Wang, H. M. Li, X. N. Cheng, RSC Adv., 2013, 3, 10968-10974.

    33. [33] D. J. Yang, H. W. Liu, Z. F. Zheng, Y. Yuan, J. C. Zhao, E. R. Waclawik, X. B. Ke, H. Y. Zhu, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 17885-17893.

    34. [34] Z. F. Bian, J. Zhu, S. H. Wang, Y. Cao, X. F. Qian, H. X. Li, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 6258-6262.

    35. [35] H. Y. Zhu, Z. F. Zheng, X. P. Gao, Y. N. Huang, Z. M. Yan, J. Zou, H. M Yin, Q. D. Zou, S. H. Kable, J. C. Zhao, Y. F. Xi, W. N. Martens, R. L. Frost, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 2373-2384.

    36. [36] Y. H. Ao, K. D. Wang, P. F. Wang, C. Wang, J. Hou, RSC Adv., 2016, 6, 48599-48609.

    37. [37] N. S. Arul, D. Mangalaraj, P. C. Chen, P. N. Ponpandian, C. Viswanathan, Mater. Lett., 2011, 65, 2635-2638.

    38. [38] C. L. Yan, L. Nikolova, A. Dadvand, C. Harnagea, A. Sarkissian, D. F. Perepichka, D. F. Xue, F. Rosei, Adv. Mater., 2010, 22, 1741-1745.

    39. [39] P. Li, Y. Zhou, Z. Y. Zhao, Q. F. Xu, X. Y. Wang, M. Xiao, Z. G. Zou, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 9547-9550.

    40. [40] J. Cao, B. Y. Xu, H. L. Lin, S. F. Chen, Chem. Eng. J., 2013, 228, 482-488.

    41. [41] X. P. Lin, F. Q. Huang, J. C. Xing, W. D. Wang, F. F. Xu, Acta Mater., 2008, 56, 2699-2705.

    42. [42] Y. H. Ao, K. D. Wang, P. F. Wang, C. Wang, J. Hou, Dalton Trans., 2016, 45, 7986-7997.

    43. [43] P. Li, S. X. Ouyang, G. C. Xi, T. Kako, J. H. Ye, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 7621-7628.

    44. [44] N. S. Arul, D. Mangalaraj, T. W. Kim, Appl. Surf. Sci., 2015, 349, 459-464.

    45. [45] M. Sadakane, K. Sasaki, H. Kunioku, B. Ohtani, R. Abe, W. Ueda. J. Mater. Chem., 2010, 20, 1811-1818.

    46. [46] C. X. Feng, S. Z. Wang, B. Y. Geng, Nanoscale, 2011, 3, 3695-3699.

    47. [47] Q. C. Xu, D. V. Wellia, Y. H. Ning, R. Amal, T. T. Y. Tan, J. Phys. Chem. C., 2011, 115, 7419-7428.

    48. [48] N. Wetchakun, S. Chaiwichain, B. Inceesungvorn, K. Pingmuang, S. Phanichphant, A.I. Minett, J. Chen, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4, 3718-3723.

    49. [49] K. Huang, Y. H. Li, S. Lin, C. Liang, X. Xu, Y. F. Zhou, D. Y. Fan, H. J. Yang, P. L. Larg, R. Zhang, Y. G. Wang, M. Lei, Mater. Lett., 2014, 124, 223-226.

    50. [50] J. J. Xu, M. M. Wu, M. D. Chen, Z. M. Wang, Powder Technol., 2015, 281, 167-172.

    51. [51] H. L. Wang, L. S. Zhang, Z. G. Chen, J. Q. Hu, S. J. Li, Z. H. Wang, J. S. Liu, X. C. Wang, Chem. Soc. Rev., 2014. 43, 5234-5244.

    52. [52] J. Di, J. X. Xia, Y. P. Ge, H. P. Li, H. Y. Ji, H. Xu, H. M. Li, R. Chen, Na-noscale, 2015, 7, 11433-11444.

    53. [53] J. Di, J. X. Xia, S. Yin, H. Xu, L. Xu, Y. G. Xu, M. Q. He, H. M. Li, J. Mater. Chem., 2014, 2, 5340-5351.

    54. [54] J. G. Hou, Z. Wang, S. Q. Jiao, H. M. Zhu, CrystEngCommun, 2012, 14, 5923-5928.

    55. [55] J. Di, J. X. Xia, Y. P. Ge, H. P. Li, H. Y. Ji, H. Xu, Q. Zhang, H. M. Li, M. N. Li, Appl. Catal. B, 2015, 168-169, 51-61.

    56. [56] Y. Lin, D. Z. Li, J. H. Hu, G. C. Xiao, J. X. Wang, W. J. Li, X. Z. Fu, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 5764-5772.

    57. [57] H. W. Huang, S. C. Tu, C. Zeng, T. R. Zhang, A. H. Reshak, Y. H. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 11860-11864.

    58. [58] H. W. Huang, K. Xiao, Y. He, T. R. Zhang, F. Dong, X. Du, Y. H. Zhang, Appl. Catal. B, 2016, 199, 75-86.

    59. [59] H. Xu, J. Yan, Y. G. Xu, Y. H. Song, H. M. Li, J. X. Xia, C. J. Huang, H. L. Wan, Appl. Catal. B, 2013, 129, 182-193.

    60. [60] P. Niu, L. L. Zhang, G. Liu, H. M. Cheng, Adv. Funct. Mater., 2012, 22, 4763-4770.

    61. [61] S. Bai, W. Y. Jiang, Z. Q. Li, Y. J. Xiong, Chem. Nano Mat, 2015, 1, 212-284.

    62. [62] Y. H. Ao, K. D. Wang, P. F. Wang, C. Wang, J. Hou, Appl. Catal. B, 2016, 194, 157-168.

    63. [63] R. Marschall. Adv. Funct. Mater., 2014, 24, 2421-2440.

    64. [64] G. Li, K. H. Wong, X. Zhang, C. Hu, J. C. Yu, R. C. Y. Chen, Chemo-sphere, 2009, 76, 1185-1191.

    65. [65] M. Xu, T. N. Ye, F. Dai, J. D. Yang, J. M. Shen, Q. Q. He, W. L. Chen, N. Liang, J. T. Zai, ChemSusChem, 2015, 8, 1218-1225.

    66. [66] M. Matsumura, S. Furukawa, Y. Saho, H. Tsubomura, J. Phys. Chem., 1985, 89, 1327-1329.

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  1341
  • HTML全文浏览量:  87
文章相关
  • 收稿日期:  2017-11-27
  • 修回日期:  2017-12-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net