0D/1D碳点修饰硫化镉纳米线异质结增强可见光光催化性能

陈治伟 冯昌 李卫兵 孙智勇 侯建 李相波 许立坤 孙明先 补钰煜

引用本文: 陈治伟,  冯昌,  李卫兵,  孙智勇,  侯建,  李相波,  许立坤,  孙明先,  补钰煜. 0D/1D碳点修饰硫化镉纳米线异质结增强可见光光催化性能[J]. 催化学报, 2018, 39(4): 841-848. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62972-3 shu
Citation:  Zhiwei Chen,  Chang Feng,  Weibing Li,  Zhiyong Sun,  Jian Hou,  Xiangbo Li,  Likun Xu,  Mingxian Sun,  Yuyu Bu. Enhanced visible-light-driven photocatalytic activities of 0D/1D heterojunction carbon quantum dot modified CdS nanowires[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(4): 841-848. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62972-3 shu

0D/1D碳点修饰硫化镉纳米线异质结增强可见光光催化性能

  • 基金项目:

    洛阳船舶材料研究所(LSMRI)海洋腐蚀与防护国家重点实验室开放基金(KF160413);国家自然科学基金(21301161,41376126).

摘要: 硫化镉(CdS)作为一种对可见光响应的窄带隙半导体(带隙宽度约为2.4eV),具有合适的能带位置,近年来受到越来越多的重视.然而在光催化过程中,光生电子与空穴的快速复合极大地限制了CdS的实际应用,如何提高光生电子-空穴对的分离效率成为研究重点.一维CdS纳米棒(1DCdSNWs)具有较大的长径比,能快速有效地转移光生载流子.零维碳点(0DC-dots)是一种粒径在10nm以下的新型纳米碳材料,其作为助催化剂能够加快光生载流子传递速率,可提高材料光催化性能.因此,通过C-dots对CdSNWs进行修饰并形成异质结,利用C-dots助催化剂的作用以提升CdSNWs的光催化性能,具有一定的可行性.
本文成功构建了一种0D/1D碳点修饰CdSNWs异质结(C-dots/CdSNWs),并考察其光催化性能.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱等技术对系列C-dots/CdSNWs样品进行表征.研究发现,C-dots成功负载在CdSNWs的表面并形成异质结.通过测试系列样品在可见光照射下光催化降解罗丹明B(RhB)以及光催化产氢性能发现,C-dots的修饰能够有效增强CdSNWs的光催化性能,其中0.4% C-dots/CdSNWs表现出最佳的光催化降解RhB活性,其经可见光照射60min即可实现对RhB的完全降解(相同条件下CdSNWs需要180min).同时自由基捕获实验表明,·O2-是降解罗丹明B过程中的主要活性基团.在光催化产氢性能测试中,0.4% C-dots/CdSNWs样品表现出最高的光催化产氢能力,产氢速率可达1633.9μmolg-1h-1,比纯CdS的(196.9μmolg-1h-1)提高了8.3倍,并且C-dots/CdSNWs具有良好的稳定性.研究发现,在可见光照射下,C-dots/CdSNWs能够产生较强的光生电流,且形成的0D/1DC-dots/CdSNWs异质结具有良好的电子传输能力,实现了C-dots/CdSNWs光生电子与空穴的有效分离,从而增强了光催化性能.

English

    1. [1] K. Maeda, K. Teramura, D. L. Lu, T. Takata, N. Saito, Y. Inoue, K. Domen, Nature, 2006, 440, 295.

    2. [2] H. Du, Y. N. Liu, C. C. Shen, A. W. Xu, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1295-1306.

    3. [3] A. Fujishima, K. Honda, Nature, 1972, 238, 37-38.

    4. [4] I. Paramasivam, H. Jha, N. Liu, P. Schmuki, Small, 2012, 8, 3073-3103.

    5. [5] C. Z. Luo, X. H. Ren, Z. G. Dai, Y. P. Zhang, X. Qi, C. X. Pan, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 23265-23286.

    6. [6] S. G. Kumar, L. G. Devi, J. Phys. Chem. A, 2011, 115, 13211-13241.

    7. [7] I. Majeed, M. A. Nadeem, M. Al-Oufi, M. A. Nadeem, G. I. N. Water-house, A. Badshah, J. B. Metson, H. Idriss, Appl. Catal. B, 2016, 182, 266-276.

    8. [8] Z. R. Tang, B. Han, C. Han, Y. J. Xu, J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 2387-2410.

    9. [9] S. Farhadi, F. Siadatnasab, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1487-1495.

    10. [10] J. Z. Su, T. Zhang, L. Wang, J. W. Shi, Y. B. Chen, Chin. J. Catal., 2017, 38, 489-497.

    11. [11] D. M. Chen, Q. Hao, Z. H. Wang, H. Ding, Y. F. Zhu, CrystEngComm, 2016, 18, 1976-1986.

    12. [12] Z. J. Ning, H. N. Tian, H. Y. Qin, Q. Zhang, H. Agren, L. C. Sun, Y. Fu, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 15184-15189.

    13. [13] J. Liu, Y. Liu, N. Y. Liu, Y. Z. Han, X. Zhang, H. Huang, Y. Lifshitz, S. T. Lee, J. Zhong, Z. H. Kang, Science, 2015, 347, 970-974.

    14. [14] H. Q. Cao, Y. Xu, J. M. Hong, H. B. Liu, G. Yin, B. L. Li, C. Y. Tie, Z. Xu, Adv. Mater., 2001, 13, 1393-1394.

    15. [15] Y. X. Yin, Z. G. Jin, F. Hou, Nanotechnology, 2007, 18, 495608/1-495608/6.

    16. [16] X. F. Gao, W. T. Sun, Z. D. Hu, G. Ai, Y. L. Zhang, S. Feng, F. Li, L. M. Peng, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 20481-20485.

    17. [17] G. R. Yang, W. Yan, Q. Zhang, S. H. Shen, S. J. Ding, Nanoscale, 2013, 5, 12432-12439.

    18. [18] Y. Y. Bu, Z. Y. Chen, W. B. Li, J. Q. Yu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 5097-5104.

    19. [19] X. L. Yin, L. L. Li, W. J. Jiang, Y. Zhang, X. Zhang, L. J. Wan, J. S. Hu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 15258-15266.

    20. [20] H. W. Zhang, S. Delikanli, Y. L. Qin, S. L. He, M. Swihart, H. Zeng, Nano Res., 2008, 1, 314-320.

    21. [21] K. P. Xie, Q. Wu, Y. Y. Wang, W. X. Guo, M. Y. Wang, L. Sun, C. J. Lin, Electrochem. Commun., 2011, 13, 1469-1472.

    22. [22] Q. Hao, R. T. Wang, H. J. Lu, C. A. Xie, W. H. Ao, D. M. Chen, C. Ma, W. Q. Yao, Y. F. Zhu, Appl. Catal. B, 2017, 219, 63-72.

    23. [23] Q. Hao, S. M. Hao, X. X. Niu, X. Li, D. M. Chen, H. Ding, Chin. J. Catal., 2017, 38, 278-286.

    24. [24] B. Weng, S. Q. Liu, N. Zhang, Z. R. Tang, Y. J. Xu, J. Catal., 2014, 309, 146-155.

    25. [25] K. Q. Lu, Q. Quan, N. Zhang, Y. J. Xu, J. Energy Chem., 2016, 25, 927-935.

    26. [26] X. Y. Xu, R. Robert, Y. L. Gu, H. J. Ploehn, L. Gearheart, K. Raker, W. A. Scrivens, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 12736-12737.

    27. [27] H. C. Zhang, H. Huang, H. Ming, H. T. Li, L. L. Zhang, Y. Liu, Z. H. Kang, J. Mater. Chem., 2012, 22, 10501-10506.

    28. [28] C. Ampelli, S. Perathoner, G. Centi, Chin. J. Catal., 2014, 35, 783-791.

    29. [29] P. Chen, F. L. Wang, Z. F. Chen, Q. X. Zhang, Y. H. Su, L. Z. Shen, K. Yao, Y. Liu, Z. W. Cai, W. Y. Lv, G. G. Liu, Appl. Catal. B, 2017, 204, 250-259.

    30. [30] H. Zhang, L. X. Zhao, F. L. Geng, L. H. Guo, B. Wan, Y. Yang, Appl. Catal. B, 2016, 180, 656-662.

    31. [31] H. J. Yu, R. Shi, Y. F. Zhao, G. I. N.Waterhouse, L. Z. Wu, C. H. Tung, T. R. Zhang, Adv. Mater., 2016, 28, 9454-9477.

    32. [32] X. Zhang, F. Wang, H. Huang, H. T. Li, X. Han, Y. Liu, Z. H. Kang, Nanoscale, 2013, 5, 2274-2278.

    33. [33] J. X. Xia, J. Di, H. T. Li, H. Xu, H. M. Li, S. J. Guo, Appl. Catal. B, 2016, 181, 260-269.

    34. [34] Y. Huang, Y. L. Liang, Y. F. Rao, D. D. Zhu, J. J. Cao, Z. X. Shen, W. K. Ho, S. C. Lee, Environ. Sci. Technol., 2017, 51, 2924-2933.

    35. [35] B. Han, S. Q. Liu, N. Zhang, Y. J. Xu, Z. R. Tang, Appl. Catal. B, 2017, 202, 298-304.

    36. [36] C. Feng, X. Y. Deng, X. X. Ni, W. B. Li, Acta Phys.-Chim. Sin., 2015, 31, 2349-2357.

    37. [37] A. Tsuge, Y. Uwamino, T. Ishizuka, K. Suzuki, Appl. Spectrosc., 1991, 45, 1377-1380.

    38. [38] W. B. Li, Y. P. Zhang, Y. Y. Bu, Z. Y. Chen, J. Alloys Compd., 2016, 680, 677-684.

    39. [39] Q. Hao, X. X. Niu, C. S. Nie, S. M. Hao, W. Zou, J. M. Ge, D. M. Chen, W. Q. Yao, Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, 18, 31410-31418.

    40. [40] L. Q. Jing, Y. C. Qu, B. Q. Wang, S. D. Li, B. J. Jiang, L. B. Yang, W. Fu, H. G. Fu, J. Z. Sun, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2006, 90, 1773-1787.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  1142
  • HTML全文浏览量:  100
文章相关
  • 收稿日期:  2017-11-19
  • 修回日期:  2017-12-09
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