熔盐辅助微波法制备g-C3N4包覆MgO-Al2O3-Fe2O3异质结催化剂及其光催化制过氧化氢性能

陈鑫 胡绍争 李萍 李薇 马宏飞 陆光

引用本文: 陈鑫,  胡绍争,  李萍,  李薇,  马宏飞,  陆光. 熔盐辅助微波法制备g-C3N4包覆MgO-Al2O3-Fe2O3异质结催化剂及其光催化制过氧化氢性能[J]. 物理化学学报, 2017, 33(12): 2532-2541. doi: 10.3866/PKU.WHXB201706153 shu
Citation:  CHEN Xin,  HU Shao-Zheng,  LI Ping,  LI Wei,  MA Hong-Fei,  LU Guang. Photocatalytic Production of Hydrogen Peroxide Using g-C3N4 Coated MgO-Al2O3-Fe2O3 Heterojunction Catalysts Prepared by a Novel Molten Salt-Assisted Microwave Process[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(12): 2532-2541. doi: 10.3866/PKU.WHXB201706153 shu

熔盐辅助微波法制备g-C3N4包覆MgO-Al2O3-Fe2O3异质结催化剂及其光催化制过氧化氢性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(41571464),辽宁省教育厅项目(L2014145)及辽宁省自然科学基金项目(201602467)资助

摘要: 工业上,双氧水的生产采用的是蒽醌法。此方法采用多步加氢和氧化过程,因此能耗很大。光催化制过氧化氢技术作为可持续和环境友好的新工艺,是传统蒽醌和电化学法的优秀替代者。本文采用熔盐辅助微波法制备了g-C3N4包覆MgO-Al2O3-Fe2O3异质结催化剂。制备的异质结催化剂在可见光下表现出优异的光催化制过氧化氢性能。熔盐的引入改变催化剂形貌的同时也影响了原料三聚氰胺的缩聚度,进而影响了其能带结构。制备的包覆结构能使两组分形成最大面积的异质结和强相互作用。这种强相互作用有利于光生电子-空穴对的分离和界面迁移,进而提高了过氧化氢的生成速率。制备的异质结催化剂的双氧水平衡浓度和生成速率分别为6.3 mmol·L-1和1.42 mmol·L-1·h-1,远高于两个单组份。不仅如此,制备的异质结催化剂还能抑制过氧化氢的分解。本文通过自由基捕获实验探讨了可能的反应机理和电子转移路径。

English

    1. [1]

      (1) Campos-Martin, J. M.; Blanco-Brieva, G.; Fierro, J. L. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 6962. doi: 10.1002/anie.200503779

    2. [2]

      (2) Samanta, C. Appl. Catal. A 2008, 350, 133. doi: 10.1016/j.apcata.2008.07.043

    3. [3]

      (3) Yamazaki, S.; Siroma, Z.; Senoh, H.; Ioroi T.; Fujiwara, N.; Yasuda, K. J. Power Sources 2008, 178, 20. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.12.013

    4. [4]

      (4) Shaegh, S. A. M.; Nguyen, N. T.; Ehteshami, S. M. M.; Chan, S. H. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8225. doi: 10.1039/C2EE21806B

    5. [5]

      (5) Yamada, Y.; Fukunishi, Y.; Yamazaki, S.; Fukuzumi, S. Chem. Commun. 2010, 46, 7334. doi: 10.1039/c0cc01797c

    6. [6]

      (6) Yamada, Y.; Yoshida, S.; Honda, T.; Fukuzumi, S. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2822. doi: 10.1039/C1EE01587G

    7. [7]

      (7) Kato, S.; Jung, J.; Suenobua, T.; Fukuzumi, S. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3756. doi: 10.1039/C3EE42815J

    8. [8]

      (8) Tsukamoto, D.; Shiro, A.; Shiraishi, Y.; Sugano, Y.; Ichikawa, S.; Tanaka, S.; Hirai T. ACS Catal. 2012, 2, 599. doi: 10.1021/cs2006873

    9. [9]

      (9) Diesen, V.; Jonsson, M. J. Phys. Chem. C. 2014, 118, 10083. doi: 10.1021/jp500315u

    10. [10]

      (10) Li, S.; Dong, G. H.; Hailili, R.; Yang, L. P.; Li, Y. X.; Wang, F.; Zeng, Y. B.; Wang, C. Y. Appl. Catal. B: Environ. 2016, 190, 26. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.03.004

    11. [11]

      (11) Kong, H. J.; Won, D. H.; Kim, J.; Woo, S. I. Chem. Mater. 2016, 28, 1318. doi: 10.1021/acs.chemmater.5b04178

    12. [12]

      (12) Wang, Z.; Guan, W.; Sun, Y.; Dong, F.; Zhou, Y.; Ho, W. K. Nanoscale 2015, 7, 2471. doi: 10.1039/c4nr05732e

    13. [13]

      (13) Yang, P.; Zhao, J.; Qiao, W.; Li, L.; Zhu, Z. Nanoscale 2015, 7, 18887. doi: 10.1039/c5nr05570a

    14. [14]

      (14) Kang, Y.; Yang, Y.; Yin, L. C.; Kang, X.; Liu, G.; Cheng, H. M. Adv. Mater. 2015, 27, 4572. doi: 10.1002/adma.201501939

    15. [15]

      (15) Hu, S. Z.; Chen, X.; Li, Q.; Li, F. Y.; Fan, Z. P.; Wang, H.; Wang, Y. J. Zheng, B. H.; Wu, G. Appl. Catal. B: Environ. 2017, 201, 58. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.08.002

    16. [16]

      (16) Fan, X.; Zhang, L.; Wang, M.; Huang, W.; Zhou, Y.; Li, M.; Cheng, R.; Shi, J. Appl. Catal. B: Environ. 2016, 182, 68. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.09.006

    17. [17]

      (17) Zhang, Q.; Hu, S. Z.; Fan, Z. P.; Liu, D. S.; Zhao, Y. F.; Ma, H. F.; Li, F. Y. Dalton Trans. 2016, 45, 3497. doi: 10.1039/c5dt04901f

    18. [18]

      (18) Zhu, Z.; Lu, Z.; Wang, D.; Tang, X.; Yan, Y.; Shi, W.; Wang, Y.; Gao, N.; Yao, X.; Dong, H. Appl. Catal. B: Environ. 2016, 182, 115. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.09.029

    19. [19]

      (19) Hu, S. Z.; Li, Y. M.; Li, F. Y.; Fan, Z. P.; Ma, H. F.; Li, W.; Kang, X. X. ACS Sus. Chem. Eng. 2016, 4, 2269. doi: 10.1021/acssuschemeng.5b01742

    20. [20]

      (20) Nie, Q.; Yuan, Q.; Wang, Q. J. Mater. Sci. 2004, 39, 5611. doi: 10.1023/B:JMSC.0000039301.70811.a4

    21. [21]

      (21) Fu, X. L.; Wang, X. X.; Chen, Z. X.; Zhang, Z. Z.; Li, Z. H.; Leung, D. Y. C.; Wu, L.; Fu, X. Z. Appl. Catal. B: Environ. 2010, 95, 393. doi: 10.1016/j.apcatb.2010.01.018

    22. [22]

      (22) Chen, J.; Shen, S. H.; Guo, P. H.; Wu, P.; Guo, L. J. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 4605. doi: 10.1039/C3TA14811D

    23. [23]

      (23) Lan, M.; Fan, G. L.; Yang, L.; Li, F. RSC Adv. 2015, 5, 5725. doi: 10.1039/C4RA07073A

    24. [24]

      (24) Bojdys, M. J.; Muller, J.; Antonietti, M.; Thomas, A. Chem. Eur. J. 2008, 14, 8177. doi: 10.1002/chem.200800190

    25. [25]

      (25) Wirnhier, E.; Doblinger, M.; Gunzelmann, D.; Senker, J.; Lotsch, B. V.; Schnick, W. Chem. Eur. J. 2011, 17, 3213. doi: 10.1002/chem.201002462

    26. [26]

      (26) Zhao, J. N.; Ma, L.; Wang, H. Y.; Zhao, Y. F.; Zhang, J.; Hu, S. Z. Appl. Surf. Sci. 2015, 332, 625. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.01.233

    27. [27]

      (27) Li, S. J.; Chen, X.; Hu, S. Z.; Li, Q.; Bai, J.; Wang, F. RSC Adv. 2016, 6, 45931. doi: 10.1039/C6RA08817A

    28. [28]

      (28) Babu, G. A.; Ravi, G.; Mahalingam, T.; Kumaresavanji, M.; Hayakawa, Y. Dalton Trans. 2015, 44, 4485. doi: 10.1039/C4DT03483J

    29. [29]

      (29) Schwenke, A. M.; Hoeppener, S.; Schubert, U. S. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 23778. doi: 10.1039/C5TA06937H

    30. [30]

      (30) Dom, R.; Subasri, R.; Hebalkar, N. Y.; Chary, A. S.; Borse, P. H. RSC Adv. 2012, 2, 12782. doi: 10.1039/C2RA21910G

    31. [31]

      (31) Yuan, Y. P.; Yin, L. S.; Cao, S. W.; Gu, L. N.; Xu, G. S.; Du, P.; Chai, H.; Liao, Y. S.; Xue, C. Green Chem. 2014, 16, 4663. doi: 10.1039/C4GC01517G

    32. [32]

      (32) Ding, Y.; Zhao, W.; Hu, H.; Ma, B. C. Green Chem. 2008, 10, 910. doi: 10.1039/B808404A

    33. [33]

      (33) Saha, M.; Das, M.; Nasani, R.; Choudhuri, I.; Yousufuddin, M.; Nayek, H. P.; Shaikh, M. M.; Pathak, B.; Mukhopadhyay, S. Dalton Trans. 2015, 44, 20154. doi: 10.1039/C5DT01471A

    34. [34]

      (34) Choi, J.; Zhang, S. H.; Hill, J. M. Catal. Sci. Technol. 2012, 2, 179. doi: 10.1039/C1CY00301A

    35. [35]

      (35) Ding, Y. D.; Song, G.; Zhu, X.; Chen, R.; Liao, Q. RSC Adv. 2015, 5, 30929. doi: 10.1039/C4RA15127E

    36. [36]

      (36) Gu, Z. H.; Li, K. Z.; Qing, S.; Zhu, X.; Wei, Y. G.; Li, Y. T.; Wang, H. RSC Adv. 2014, 4, 47191. doi: 10.1039/C4RA06715K

    37. [37]

      (37) Kim, Y. I.; Atherton, S. J.; Brigham, E. S.; Mallouk, T. E. J. Phys. Chem. 1993, 97, 11802. doi: 10.1021/j100147a038

    38. [38]

      (38) Kannapu, H. P. R.; Neeli, C. K. P.; Rao, K. S. R.; Kalevaru, V. N.; Martin, A.; Burri, D. R. Catal. Sci. Technol. 2016, 6, 5494. doi: 10.1039/C6CY00397D

    39. [39]

      (39) Lee, S. W.; Heo, J.; Gordon, R. G. Nanoscale 2013, 5, 8940. doi: 10.1039/c3nr03082b

    40. [40]

      (40) Zhou, X. S.; Jin, B.; Chen, R. Q.; Peng, F.; Fang, Y. P. Mater. Res. Bull. 2013, 48, 1447. doi:10.1016/j.materresbull.2012.12.038

    41. [41]

      (41) Xu, H.; Yan, J.; She, X. J.; Xu, L.; Xia, J. X.; Xu, Y. G.; Song, Y. H.; Huang, L. Y.; Li, H. M. Nanoscale 2014, 6, 1406. doi: 10.1039/C3NR04759H

    42. [42]

      (42) Li, K. X.; Yan, L. S.; Zeng, Z. X.; Luo, S. L.; Luo; X. B.; Liu, X. M.; Guo, H. Q.; Guo, Y. H. Appl. Catal. B: Environ. 2014, 156, 141. doi:10.1016/j.apcatb.2014.03.010

    43. [43]

      (43) Niu, P.; Yang, Y. Q.; Yu, J. C.; Liu, G.; Cheng, H. M. Chem. Commun. 2014, 50, 10837. doi:10.1039/c4cc03060e

    44. [44]

      (44) Ge, L.; Han, C. Appl. Catal. B: Environ. 2012, 117, 268. doi: 10.1016/j.apcatb.2012.01.021

    45. [45]

      (45) Zhang, Y. W.; Liu, J. H.; Wu, G.; Chen, W. Nanoscale 2012, 4, 5300. doi: 10.1039/c2nr30948c

    46. [46]

      (46) Xu, Y.; Xu, H.; Wang, L.; Yan, J.; Li, H.; Song, Y.; Huang, L.; Cai, G. Dalton Trans. 2013, 42, 7604. doi: 10.1039/c3dt32871f

    47. [47]

      (47) He, B. L.; Dong, B.; Li, H. L. Electrochem. Commun. 2007, 9, 425. doi: 10.1016/j.mseb.2007.06.017

    48. [48]

      (48) Huang, Q. W.; Tian, S. Q.; Zeng, D. W.; Wang, X. X.; Song, W. L.; Li, Y. Y.; Xiao, W.; Xie, C. S. ACS Catal. 2013, 3, 1477. doi: 10.1021/cs400080w

    49. [49]

      (49) Teranishi, M.; Naya, S.; Tada, H. J. Am. Chem. Soc.2010, 132, 7850. doi: 10.1021/ja102651g

    50. [50]

      (50) Maurino, V.; Minero, C.; Mariella, G.; Pelizzetti, E. Chem. Commun. 2005, 36, 2627. doi: 10.1039/b418789j

    51. [51]

      (51) Liu, G.; Niu, P.; Yin, L. C.; Cheng, H. M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9070. doi: 10.1021/ja302897b

    52. [52]

      (52) Kim, H.; Kwon, O. S.; Kim, S.; Choi, W.; Kim, J. H. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 1063. doi: 10.1039/c5ee03115j

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  3
  • 文章访问数:  1032
  • HTML全文浏览量:  138
文章相关
  • 收稿日期:  2017-05-09
  • 修回日期:  2017-06-13
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