Bi2WO6/ZnO:一种在可见光下具有优良光催化性能的花状新型复合材料

程娟 沈奕 陈宽 汪曦 郭永福 周晓吉 白仁碧

引用本文: 程娟,  沈奕,  陈宽,  汪曦,  郭永福,  周晓吉,  白仁碧. Bi2WO6/ZnO:一种在可见光下具有优良光催化性能的花状新型复合材料[J]. 催化学报, 2018, 39(4): 810-820. doi: 10.1016/S1872-2067(17)63004-3 shu
Citation:  Juan Cheng,  Yi Shen,  Kuan Chen,  Xi Wang,  Yongfu Guo,  Xiaoji Zhou,  Renbi Bai. Flower-like Bi2WO6/ZnO composite with excellent photocatalytic capability under visible light irradiation[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(4): 810-820. doi: 10.1016/S1872-2067(17)63004-3 shu

Bi2WO6/ZnO:一种在可见光下具有优良光催化性能的花状新型复合材料

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51578354);江苏省六大人才高峰(2016-JNHB-067);苏州市科技局科技计划(SS201667);江苏省青蓝工程和江苏省研究生科研与实践创新计划(KYCX17_2067).

摘要: 印染废水具有水量大、色度高、难生化降解、有毒有害物质多等特点;另外抗生素废水的大量排放对水生和陆地生态系统带来了危害.光催化可有效降解有机物,因而被广泛研究和应用,其多以半导体作为光催化剂.ZnO因价廉、无毒、来源广、光催化活性高而广受关注.但是,由于其带隙较宽,只能被紫外光激发,对太阳光的利用率低,且易发生光腐蚀,光稳定性较差,从而大大降低了光催化活性,不利于其应用.将ZnO与其他半导体复合是改善其光催化活性的最有效方法之一.铋基光催化剂一直是光催化领域的研究热点,作为无机半导体纳米晶之一,Bi2WO6具有无毒性、适当的带隙和优异的光催化性能,因而得到广泛关注.本文将Bi2WO6复合到ZnO上以降低ZnO带隙能,提高其对太阳能的转换,降低电子-空穴的复合几率,促进电荷转移的有效分离,从而提高ZnO的光催化性能.
本文采用两步水热法合成了一种异质结的花状Bi2WO6/ZnO复合材料.通过降解亚甲基蓝(MB)和四环素,研究了其光催化性能.结果表明,该Bi2WO6/ZnO复合材料对MB和四环素具有优异的光催化活性,对它们的光降解效率分别是纯ZnO的246和4500倍,相应地,对这两种污染物的光降解率分别是纯ZnO的120和200倍.活性因子捕获实验结果显示,超氧自由基在光催化降解过程中起主要作用,其次是羟基自由基和光生空穴.
采用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、紫外-可见漫反射、N2吸附脱附、X射线光电子能谱、荧光光谱、光电流等方法对材料的形态结构、孔结构、化学组成、带隙能、光吸收性质、载流子复合效率等进行了分析.复合后Bi2WO6/ZnO的形貌为微米尺寸纳米结构的花状绒球,直径约为4μm,带隙能量从3.2eV降为2.6eV.Bi2WO6/ZnO为介孔结构,复合后比表面积为原来的4.98倍.所制备的Bi2WO6/ZnO光催化剂比纯Bi2WO6和ZnO颗粒具有更高的瞬态光电流密度(约为4.5μA).
综上,Bi2WO6和ZnO成功复合形成了异质结,降低了ZnO的禁带宽度,促进了电子和空穴的有效分离,从而提高了其光催化活性.

English

    1. [1] M. A. Alvi, A. A. Al-Ghamdi, M. ShaheerAkhtar, Mater. Lett., 2017, 204, 12-15.

    2. [2] N. P. Ferraz, F. C. F. Marcos, A. E. Nogueira, A. S. Martins, M. R. V. Lanza, E. M. Assaf, Y. J. O. Asencios, Mater. Chem. Phys., 2017, 198, 331-340.

    3. [3] M. M. J. Sadiq, U. S. Shenoy, D. K. Bhat, J. Phys. Chem. Solids, 2017, 109, 124-133.

    4. [4] P. Amornpitoksuk, S. Suwanboon, J. Alloys Compd., 2017, 720, 582-588.

    5. [5] X. Y. Deng, Q. L. Ma, Y. Q. Cui, X. W. Cheng, Q. F. Cheng, Appl. Surf. Sci., 2017, 419, 409-417.

    6. [6] M. Sundararajan, L. John Kennedy, P. Nithya, J. Judith Vijaya, M. Bououdina, J. Phys. Chem. Solids, 2017, 108, 61-75.

    7. [7] K. P. Priyanka, S. Sankararaman, K. M. Balakrishna, T. Varghese, J. Alloys Compd., 2017, 720, 541-549.

    8. [8] M. Dorraj, M. Alizadeh, N. A. Sairi, W. J. Basirun, B. T. Goh, P. M. Woi, Y. Alias, Appl. Surf. Sci., 2017, 414, 251-261.

    9. [9] W. F. Khalik, L. N. Ho, S. A. Ong, C. H. Voon, Y. S. Wong, N. Yusoff, S. L. Lee, S. Y. Yusuf, Chemosphere, 2017, 184, 112-119.

    10. [10] A. L. Giraldo, G. A. Penuela, R. A. Torres-Palma, N. J. Pino, R. A. Palominos, H. D. Mansilla, Water Res., 2010, 44, 5158-5167.

    11. [11] X. D. Zhu, Y. J. Wang, R. J. Sun, D. M. Zhou, Chemosphere, 2013, 92, 925-932.

    12. [12] Y. J. Choi, L. H. Kim, K. D. Zoh, Ecol. Eng., 2016, 91, 85-92.

    13. [13] J. W. Griffin, S. J. Guillot, J. A. Redick, J. A. Browne, J. Arthroplasty, 2012, 27, 1796-1799.

    14. [14] D. Lucas, M. Badia-Fabregat, T. Vicent, G. Caminal, S. Rodríguez-Mozaz, J. L. Balcázar, D. Barceló, Chemosphere, 2016, 152, 301-308.

    15. [15] T. Y. Wang, X. Pan, W. W. Ben, J. B. Wang, P. Hou, Z. M. Qiang, J. Environ. Sci., 2017, 52, 111-117.

    16. [16] X. B. Zhang, W. S. Guo, H. H. Ngo, H. T. Wen, N. Li, W. Wu, J. Environ. Manage., 2016, 172, 193-200.

    17. [17] M. A. Silverman, L. Konnikova, J. S. Gerber, Gastroenterol. Clin. North Am., 2017, 46, 61-76.

    18. [18] D. Li, W. D. Shi, Chin. J. Catal., 2016, 37, 792-799.

    19. [19] F. Han, V. S. R. Kambala, M. Srinivasan, D. Rajarathnam, R. Naidu, Appl. Catal. A, 2009, 359, 25-40.

    20. [20] X. Y. Shen, D. B. Mu, S. Chen, B. R. Wu, F. Wu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 3118-3125.

    21. [21] P. Q. Jia, H. W. Tan, K. R. Liu, W. H. Gao, Mater. Lett., 2017, 205, 233-235.

    22. [22] Q. M. Shen, X. M. Zhao, S. W. Zhou, W. H. Hou, J. J. Zhu, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 17958-17964.

    23. [23] M. Ding, N. N. Yao, C. G. Wang, J. Z. Huang, M. H. Shao, S. W. Zhang, P. Li, X. L. Deng, X. J. Xu, Nanoscale Res. Lett., 2016, 11, 205.

    24. [24] M. M. Han, L. M. Yu, W. Y. Chen, W. Z. Wang, J. H. Jia, Appl. Surf. Sci., 2016, 369, 108-114.

    25. [25] P. Dai, T. T. Yan, X. X. Yu, Z. M. Bai, M. Z. Wu, Nanoscale Res. Lett., 2016, 11, 226.

    26. [26] Y. L. Chen, L. J. Wang, W. Z. Wang, M. S. Cao, Appl. Catal. B, 2017, 209, 110-117.

    27. [27] R. Zhou, Y. Z. Huang, L. Wan, H. H. Niu, F. W. Ji, J. Z. Xu, J. Alloys Compd., 2017, 716, 162-170.

    28. [28] R. K. Chava, M. Kang, Mater. Lett., 2017, 199, 188-191.

    29. [29] N. Li, Y. Tian, J. H. Zhao, J. Zhang, J. Zhang, W. Zuo, Y. Ding, Appl. Catal. B, 2017, 214, 126-136.

    30. [30] Y. R. Wang, Y. P. Pu, Y. F. Cui, Y. Shi, H. Y. Zheng, Mater. Lett., 2017, 201, 203-206.

    31. [31] Y. J. Kwon, S. Y. Kang, A. Mirzaei, M. S. Choi, J. H. Bang, S. S. Kim, H. W. Kim, Sensor. Actuat. B, 2017, 249, 656-666.

    32. [32] P. R. Nikam, P. K. Baviskar, J. V. Sali, K. V. Gurav, J. H. Kim, B. R. Sankapal, Ceram. Int., 2015, 41, 10394-10399.

    33. [33] F. Dong, T. Xiong, S. Yan, H. Q. Wang, Y. J. Sun, Y. J. Zhang, H. W. Huang, Z. B. Wu, J. Catal., 2016, 344, 401-410.

    34. [34] Z. Wan, G. K. Zhang, X. Y. Wu, S. Yin, Appl. Catal. B, 2017, 207, 17-26.

    35. [35] Z. Wan, G. K. Zhang, Mater. Chem. A, 2015, 3, 16737-16745.

    36. [36] J. Chen, M. L. Guan, W. Z. Cai, J. J. Guo, C. Xiao, G. K. Zhang, Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, 20909-20914.

    37. [37] Y. Fu, C. Chang, P. Chen, X. L. Chu, L. Y. Zhu, J. Hazard. Mater., 2013, 254-255, 185-192.

    38. [38] C. M. Li, G. Chen, J. X. Sun, Y. J. Feng, J. J. Liu, H. J. Dong, Appl. Catal. B, 2015, 163, 415-423.

    39. [39] Z. Y. Yang, L. Huang, Y. Y. Xie, Z. G. Lin, Y. Y. Fan, D. Liu, L. Chen, Z. Z. Zhang, X. X. Wang, Appl. Surf. Sci., 2017, 403, 326-334.

    40. [40] H. W. Huang, K. Xiao, Y. He, T. R. Zhang, F. Dong, X. Du, Y. H. Zhang, Appl. Catal. B, 2016, 199, 75-86.

    41. [41] H. W. Huang, Y. He, X. Du, P. K. Chu, Y. H. Zhang, ACS Sustain. Chem. Eng., 2015, 3, 3262-3273.

    42. [42] H. W. Huang, X. Han, X. W. Li, S. C. Wang, P. K. Chu, Y. H. Zhang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 482-492.

    43. [43] X. N. Liu, Q. F. Lu, J. H. Liu, J. Alloys Compd., 2016, 662, 598-606.

    44. [44] X. Xiao, R. P. Hu, C. Liu, C. L. Xing, C. Qian, X. X. Zuo, J. M. Nan, L. S. Wang, Appl. Catal. B, 2013, 140-141, 433-443.

    45. [45] G. P. He, C. Xing, X. L. Xiao, R. P. Hu, X. X. Zuo, J. M. Nan, Appl. Catal. B, 2015, 170-171, 1-9.

    46. [46] W. W. Meng, R. S. Hu, J. Yang, Y. F. Du, J. J. Li, H. Y. Wang, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1283-1292.

    47. [47] J. Y. Liu, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1460-1472.

    48. [48] 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.

    49. [49] H. W. Ma, J. F. Shen, M. Shi, X. Lu, Z. Q. Li, Y. Long, N. Li, M. X. Ye, Appl. Catal. B, 2012, 121-122, 198-205.

    50. [50] J. Wang, Y. Xia, Y. Dong, R. S. Chen, L. Xiang, S. Komarneni, Appl. Catal. B, 2016, 192, 8-16.

    51. [51] N. Tian, Y. H. Zhang, H. W. Huang, Y. He, Y. X. Guo, J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 15640-15648.

    52. [52] 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.

    53. [53] Z. S. Seddigi, S. A. Ahmed, A. Bumajdad, E. Y. Danish, A. M. Shawky, M. A. Gondal, M. Soylak, Photochem. Photobiol., 2015, 91, 265-271.

    54. [54] X. Ding, K. Zhao, L. Z. Zhang, Environ. Sci. Technol., 2014, 48, 5823-5831.

    55. [55] M. Q. Yang, B. Weng, Y. J. Xu, Langmuir, 2013, 29, 10549-10558.

    56. [56] S. Liu, X. R. Zhao, H. Y. Sun, R. P. Li, Y. F. Fang, Y. P. Huang, Chem. Eng. J., 2013, 231, 441-448.

    57. [57] P. F. Tan, X. Chen, L. D. Wu, Y. Y. Shang, W. W. Liu, J. Pan, X. Xiong, Appl. Catal. B, 2017, 202, 326-334.

    58. [58] R. F. Tang, H. F. Su, Y. W. Sun, X. X. Zhang, L. Li, C. H. Liu, B. Q. Wang, S. Y. Zeng, D. Z. Sun, Nanoscale Res. Lett., 2016, 11, 126.

    59. [59] T. Y. Wang, W. Quan, D. L. Jiang, L. L. Chen, D. Li, S. C. Meng, M. Chen, Chem. Eng. J., 2016, 300, 280-290.

    60. [60] P. W. Huo, M. J. Zhou, Y. F. Tang, X. L. Liu, C. C. Ma, L. B. Yu, Y. S. Yan, J. Alloys Compd., 2016, 670, 198-209.

    61. [61] M. H. Cao, P. F. Wang, Y. H. Ao, C. Wang, J. Hou, J. Qian, J. Colloid Interface Sci., 2016, 467, 129-139.

    62. [62] L. J. Deng, Y. Xie, G. K. Zhang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 379-388.

    63. [63] L. Yan, Y. F. Wang, H. D. Shen, Y. Zhang, J. Li, D. J. Wang, Appl. Surf. Sci., 2017, 393, 496-503.

    64. [64] S. Khanchandani, S. Kundu, A. Patra, A. K. Ganguli, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 5558-5567.

    65. [65] H. W. Huang, R. R. Cao, S. X. Yu, K. Xu, W. C. Hao, Y. G. Wang, F. Dong, T. R. Zhang, Y. H. Zhang, Appl. Catal. B, 2017, 219, 526-537.

    66. [66] H. W. Huang, X. W. Li, J. J. Wang, F. Dong, P. K. Chu, T. R. Zhang, Y. H. Zhang, ACS Catal., 2015, 5, 4094-4103.

    67. [67] H. W. Huang, K. Xiao, T. P. Zhang, F. Dong, Y. H. Zhang, Appl. Catal. B, 2017, 203, 879-888.

    68. [68] 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.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  1157
  • HTML全文浏览量:  77
文章相关
  • 收稿日期:  2017-11-30
  • 修回日期:  2017-12-20
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