Citation: Li Yang, Yang Liu, Ruiyang Zhang, Wei Li, Pu Li, Xin Wang, Ying Zhou. Enhanced visible-light photocatalytic performance of a monolithic tungsten oxide/graphene oxide aerogel for nitric oxide oxidation[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(4): 646-653. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62974-7
整体式三氧化钨/氧化石墨烯气凝胶增强可见光光催化氧化NO性能
本文以偏钨酸铵为钨源,利用体积分数为25%的冰醋酸在180℃条件下制备六方相三氧化钨.通过机械搅拌以及冷冻干燥法制备WO3/GO气凝胶.经光催化氧化NO测试发现其可见光下降解率可达51%,是WO3粉体的3.3倍,并且NO2生成率仅为0.5%,远远低于其他相关光催化材料.采用了X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM),X射线光电子能谱(XPS),紫外-漫反射分光光度计(UV-DRS),傅里叶红外光谱(FTIR)和荧光光谱(PL)等手段研究了其光催化性能提高的原因.
XRD测试显示,复合材料主体为h-WO3,说明GO的引入并未破坏材料晶体结构;TEM和BET测试发现,在加入GO之后h-WO3分散性变好,比表面积变大,从而可暴露更多的光催化活性位点.UV-DRS吸收光谱可以看到WO3/GO气凝胶材料的吸收边发生了显著的红移,其禁带宽度从3.44eV减小到3.16eV,这可能是GO影响了WO3的能带结构所致.同时PL结果表明,引入了GO之后,气凝胶材料的非辐射跃迁程度明显减小表明其电子-空穴对的复合得到了显著抑制,电子迁移显著加强.
综合以上结果,可以得到WO3/GO光催化性能提升以及良好的产物选择性的原因.首先,三维气凝胶材料的结构提升了催化剂的有效利用率,较大的比表面积暴露了更多的活性位点.其次,GO的引入减小了复合材料的禁带宽度,并使其吸光性能有所改善,产生了更多的光生电子和空穴.最后,GO本身极高的导电性,使光生电子-空穴对得以有效的分离,一方面,电子通过GO迅速转移到材料表面来参与光催化反应;另一方面,电子的快速转移抑制了电子-空穴对的复合,进而提高光催化性能,而且较正的价带位置保证了NO较为彻底的氧化为NO3-.因此,相比传统粉末WO3催化材料,一体化的WO3/GO气凝胶不仅显著提升了NO降解率,同时严格抑制了毒副产物NO2的生成,同时更具有容易回收利用,不存在二次污染的优点.综上所述,WO3/GO一体化气凝胶光催化材料有望在环境净化与能源领域表现出良好的应用前景.
-
关键词:
- 三氧化钨/氧化石墨烯气凝胶
- / 光催化剂
- / NO氧化
- / 选择性
English
Enhanced visible-light photocatalytic performance of a monolithic tungsten oxide/graphene oxide aerogel for nitric oxide oxidation
-
Key words:
- WO3/GO aerogel
- / Photocatalysis
- / NO oxidation
- / Selectivity
-
-
[1] R. J. Huang, Y. L. Zhang, C. Bozzetti, K. F. Ho, J. J. Cao, Y. M. Han, K. R. Daellenbach, J. G. Slowik, S. M. Platt, F. Canonaco, P. Zotter, R. Wolf, S. M. Pieber, E. A. Bruns, M. Crippa, G. Ciarelli, A. Piazzalunga, M. Schwikowski, G. Abbaszade, J. Schnelle-Krais, R. Zimmermann, Z. S. An, S. Szidat, U. Baltensperger, I. E. Haddad, A. S. H. Prévôt. Nature, 2014, 514, 218-222.
-
[2] M. R. Hoffmann, S. T. Martin, W. Choi, D. W. Bahnemann, Chem. Rev., 1995, 95, 69-96.
-
[3] H. Tong, S. X. Ouyang, Y. P. Bi, N. Umezawa, M. Oshikiri, J. H. Ye, Adv. Mater., 2012, 24, 229-251.
-
[4] J. D. Hu, D. Y. Chen, N. J. Li, Q. F. Xu, H. Li, J. H. He, J. M. Lu, Appl. Catal. B, 2017, 217, 224-231.
-
[5] S. Adjimi, J. M. García-Vargas, J. A. Díaz, L. Retailleau, S. Gil, M. Pera-Titus, Y. Guo, A. Giroir-Fendler, Appl. Catal. B, 2017, 219, 459-466.
-
[6] R. Kumar, S. Sithambaram, S. L. Suib, J. Catal., 2009, 262, 304-313.
-
[7] R. J. Gorte, J. L. Gland, Surf. Sci., 1981, 102, 348-358.
-
[8] B. Xiao, P. S. Wheatley, X. B. Zhao, A. J. Fletcher, S. Fox, A. G. Rossi, I. L. Megson, S. Bordiga, L. Regli, K. M. Thomas, R. E. Morris, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 1203-1209.
-
[9] C. E. Brown, P. G. Hall, J. Colloid. Interface. Sci., 1973, 42, 334-341.
-
[10] M. Noris, M. Todeschini, F. Casiraghi, D. Roccatello, G. Martina, L. Minetti, B. Imberti, F. Gaspari, M. Atti, G. Remuzzi, Am. J. Kidney. Dis., 1998, 32, 115-124.
-
[11] J. M. Barnes, W. A. Apel, K. B. Barrett, J. Hazard. Mater., 1995, 41, 315-326.
-
[12] Z. H. Lian, F. Liu, H. He, X. Y. Shi, J. S. Mo, Z. B. Wu, Chem. Eng. J., 2014, 250, 390-398.
-
[13] H. D. Xu, Y. Wang, Y. Cao, Z. T. Fang, T. Lin, M. C. Gong, Y. Q. Chen, Chem. Eng. J., 2014, 240, 62-73.
-
[14] Y. Zhou, W. Li, Q. Zhang, S. Yan,Y. H. Cao, F. Dong, F. Wang, Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19, 25610-25616.
-
[15] J. Z. Ma, C. X. Wang, H. He, Appl. Catal. B, 2016, 184, 28-36.
-
[16] D. E. Doronkin, A. B. Kuriganova, I. N. Leontyev, S. Baier, H. Lichtenberg, N. V. Smirnova, J. D. Grunwaldt, Catal. Lett., 2016, 146, 452-463.
-
[17] L. Olsson, H. Persson, E. Fridell, M. Skoglundh, B. Andersson, J. Phys. Chem. B, 2001, 105, 6895-6906.
-
[18] Y. Zhou, X. J. Zhang, Q. Zhang, F. Dong, F. Wang, Z. Xiong, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 16623-16631.
-
[19] Y. Liu, S. Yu, Z. Y. Zhao, F. Dong, X. A. Dong, Y. Zhou, J. Phys. Chem. C, 2017, 121, 12168-12177.
-
[20] T. Xiong, M. Q. Wen, F. Dong, J. Y. Yu, L. L. Han, B. Lei, Y. X. Zhang, X. S. Tong, Z. G. Zang, Appl. Catal. B, 2016, 199, 87-95.
-
[21] S. Y. Cai, S. Yu, W. C. Wan, W. Wen, Y. Zhou, RSC Adv., 2017, 7, 27397-27404.
-
[22] S. X. Ouyang, P. Li, H. Xu, H. Tong, L.Q. Liu, J. H. Ye, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 22726-22732
-
[23] J. A. Onrubia, B. Pereda-Ayo, U. De-La-Torre, J. R. Gonzá-lez-Velasco, Appl. Catal. B, 2017, 213, 198-210.
-
[24] Z. Y. Wang, Y. Huang, W. K. Ho, J. J. Cao, Z. X. Shen, S. C. Lee, Appl. Catal. B, 2016, 199, 123-133.
-
[25] J. M. Luo, G. H. Dong, Y. Q. Zhu, Z. Yang, C. Y. Wang, Appl. Catal. B, 2017, 214, 46-56.
-
[26] B. Weng, J. Wu, N. Zhang, Y. J. Xu, Langmuir, 2014, 30, 5574-5584.
-
[27] H. Hajishafiee, P. Sangpour, N. S. Tabrizi, Nano, 2015, 10, 1550072-1550081.
-
[28] L. Fu, T. Xia, Y. H. Zheng, J. Yang, A. W. Wang, Z. Wang, Ceram. Int., 2015, 41, 5903-5908.
-
[29] P. Q. Wang, Y. Bai, P. Y. Luo, J. Y. Liu, Catal. Commun., 2013, 38, 82-85.
-
[30] X. Q. An, J. C. Yu, Y. Wang, Y. M. Hu, X. L. Yu, G. J. Zhang, J. Mater. Chem., 2012, 22, 8525-8531.
-
[31] J. M. Tarascon, M. Armand, Nature, 2001, 414, 359-367.
-
[32] M. S. Whittingham, Chem. Rev., 2004, 104, 4271-4301.
-
[33] K. Kang, Y. S. Meng, J. Breger, C. P. Grey, G. Ceder, Science, 2006, 311, 977-980.
-
[34] P. Zhou, J. G. Yu, M. Jaroniec, Adv. Mater., 2014, 26, 4920-4935.
-
[35] H. Huang, Z. K. Yue, G. Li, X. M. Wang, J. Huang, Y. K. Du, P. Yang, J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 15110-15116.
-
[36] G. Liu, X. L. Wang, X. Wang, H. X. Han, C. Li, J. Catal., 2012, 293, 61-66.
-
[37] W. J. Liu, J. Y. Cai, Z. H. Li, ACS Sustainable Chem. Eng., 2015, 3, 277-288.
-
[38] W. J. Liu, J. Y. Cai, Z. X. Ding, Z. H. Li Appl. Catal. B, 2015, 174, 421-426.
-
[39] J. Y. Cai, W. J. Liu, Z. H. Li, Appl. Surf. Sci., 2015, 358, 146-151.
-
[40] W. C. Wan, R. Y. Zhang, W. Li, H. Liu, Y. H. Lin, L. N. Li, Y. Zhou, Environ. Sci, 2016, 3, 107-113.
-
[41] L. Mei, H. T. Zhao, B. Lu, Adv. Sci., 2015, 2, 1500116.
-
[42] Y. Y. Liang, H. L. Wang, H. Sanchez. Casalongue, Z. Chen, H. J. Dai, Nano Res., 2010, 3, 701-705.
-
[43] R. Y. Zhang, W. C. Wan, D. W. Li, F. Dong, Y. Zhou, Chin. J. Catal., 2017, 38, 313-320.
-
[44] W. C. Wan, S. Yu, F. Dong, Q. Zhang, Y. Zhou, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 7823-7829.
-
[45] Y. Zhou, K. B. Zheng, J. D. Grunwaldt, T. Fox, L.L. Gu, X. L. Mo, G. R. Chen, G. R. Patzke, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 1134-1142.
-
[46] P. Li, X. Li, Z. Y. Zhao, M. S. Wang, T. Fox, Q. Zhang, Y. Zhou, Electrochimi. Acta, 2016, 192, 148-157.
-
[47] K. S. W. Sing, D. H. Everett, R. A. W. Haul, L. Moscou, R. A. Pierotti, J. Rouquerol, T. Siemieniewska, Pure Appl. Chem., 1985, 57, 4, 603-619.
-
[48] Y. Baek, K. Yong, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 1213-1218.
-
[49] K. Dai, L. H. Lu, Q. Liu, G. P. Zhu, X. Q. Wei, J. Ba, L. L. Xuan, H. Wang, Dalton Trans., 2014, 43, 6295-6299.
-
[50] Z. W. Tong, D. Yang, J. F. Shi, Y. H. Nan, Y. Y. Sun, Z. Y. Jiang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 25693-25701.
-
[51] I. M. Szilagyi, J. Madarrasz, G. Pokol, P. Kiraly, G. Tarkanyi, S. Saukko, J. Mizsei, A. L. Toth, A. Szabo, K. Varga-Josepovitso, Chem. Mater., 2008, 20, 4116-4125.
-
[52] Y. Huang, Z. H. Ai, W. K. Ho, M. J. Chen, S. C. Lee, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 6342-6349.
-
[53] Y. H. Li, J. Xing, Z. J. Chen, Z. Li, F. Tian, L. R. Zheng, H. F. Wang, P. Hu, H. J. Zhao, H. G. Yang, Nat. Commun., 2013, 4, 2500-2507.
-
[54] J. Xing, W. Q. Fang, H. J. Zhao, H. G. Yang, Chem. Asian J., 2012, 7, 642-657.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 0
- 文章访问数: 932
- HTML全文浏览量: 86

下载: