蛋氨酸改性TiO2空心纳米盒高效可见光催化RhB分解和NO氧化

赵轩 杜艳婷 张成江 田丽君 黎小芳 邓克俭 陈连清 段有雨 吕康乐

引用本文: 赵轩,  杜艳婷,  张成江,  田丽君,  黎小芳,  邓克俭,  陈连清,  段有雨,  吕康乐. 蛋氨酸改性TiO2空心纳米盒高效可见光催化RhB分解和NO氧化[J]. 催化学报, 2018, 39(4): 736-746. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63039-6 shu
Citation:  Xuan Zhao,  Yanting Du,  Chengjiang Zhang,  Lijun Tian,  Xiaofang Li,  Kejian Deng,  Lianqing Chen,  Youyu Duan,  Kangle Lv. Enhanced visible photocatalytic activity of TiO2 hollow boxes modified by methionine for RhB degradation and NO oxidation[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(4): 736-746. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63039-6 shu

蛋氨酸改性TiO2空心纳米盒高效可见光催化RhB分解和NO氧化

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(31402137,51672312,21373275);湖北省杰出青年基金(2013CFA034);湖北省英才计划(RCJH15001);武汉市科技计划(2016010101010018);中南民族大学中央高校基本科研业务费专项资金(CZP17077,CZP18016).

摘要: 由高能面TiO2纳米片(TiO2-NSs)组装成的TiO2空心纳米盒(TiO2-HNBs)显示出比单独TiO2-NSs更强的光催化性能,但是TiO2-HNBs依然属于紫外光催化剂,无法充分利用太阳能.因此,开发具有可见光响应的由高能面TiO2-NSs组装而成的TiO2-HNBs具有重要意义.本文将立方体TiOF2与含有N和S元素的生物分子蛋氨酸混合,通过一步焙烧制备了具有可见光响应活性的N和S元素共掺杂的TiO2-HNBs(掺杂催化剂标记为TMx,未掺杂催化剂标记为Txx代表焙烧温度).
由立方体TiOF2到锐钛矿相TiO2空心纳米盒的转变是一个自模板转化过程.氟离子的存在降低了TiO2高能面(001)面的表面能,从而使得高能面TiO2纳米片的形成变得可能.因此,热处理立方体TiOF2可得到由高能面TiO2纳米片组装的TiO2空心纳米盒.
本文系统研究了焙烧温度(300-500℃)对所制TiO2-HNBs结构与光催化性能的影响.结果发现,在350℃下焙烧,TiOF2完全转化成锐钛矿相TiO2-HNBs.但是焙烧蛋氨酸与TiOF2的混合物,需400℃才能完全实现TiOF2到锐钛矿相TiO2-HNBs的转变.这说明蛋氨酸的加入阻碍了TiOF2向锐钛矿相TiO2-HNBs的转变.XPS结果显示,经过400℃焙烧的蛋氨酸改性样品(TM400),N和S元素成功掺入了TiO2-HNBs晶格,使其产生可见光催化活性.
相对于400℃焙烧TiOF2所得样品T400,蛋氨酸改性的TM400催化剂可见光降解罗丹明B染料(RhB)和NO氧化的性能分别提升了1.55倍和2.0倍,这与其更强的可见光吸收性能和光生载流子分离效率有关.400℃焙烧的蛋氨酸改性的TM400可见光催化活性稳定,连续5次可见光催化RhB降解后,其活性没有明显改变,显示了潜在的应用前景.

English

    1. [1] W. J. Ong, L. L. Tan, Y. H. Ng, S. T. Yong, S. P. Chai, Chem. Rev., 2016, 116, 7159-7329.

    2. [2] F. He, F. Ma, T. Li, G. X. Li, Chin. J. Catal., 2017, 34, 2263-2270.

    3. [3] K. Z. Qi, B. Cheng, J. G. Yu, W. K. Ho, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1936-1955.

    4. [4] T. T. Huang, Y. H. Li, X. F. Wu, K. L. Lv, Q. Li, M. Li, D. Y. Du, H. P. Ye, Chin. J. Catal., 2018, doi: 10.1016/S1872-2067(17)62913-9.

    5. [5] D. A. Erdogan, E. Ozensoy, Appl. Surf. Sci., 2017, 403, 159-167.

    6. [6] F. Dong, Z. W. Zhao, Y. J. Sun, Y. X. Zhang, S. Yan, Z. B. Wu, Environ. Sci. Technol., 2015, 49, 12432-12440.

    7. [7] V. Augugliaroa, S. Colucciab, V. Loddoa, L. Marcheseb, G. Martra, L. Palmisanoa, M. Schiave, Appl. Catal. B, 1999, 20, 15-27.

    8. [8] 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.

    9. [9] Y. H. Li, W. K. Ho, K. L. Lv, B. C. Zhu, S. C. Lee, Appl. Surf. Sci., 2018, 430, 380-389.

    10. [10] F. Dong, Z. Y. Wang, Y. H. Li, W. K. Ho, S. C. Lee, Environ. Sci. Tech-nol., 2014, 48, 10345-10353.

    11. [11] J. G. Yu, J. X. Low, W. Xiao, P. Zhou, M. Jaroniec, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 8839-8842.

    12. [12] Q. J. Xiang, B. Cheng, J. G. Yu, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 11350-11366.

    13. [13] Y. M. He, L. H. Zhang, B. T. Teng, M. H. Fan, Environ. Sci. Technol., 2015, 49, 649-656.

    14. [14] Q. J. Xiang, F. Y. Cheng, D. Lang, ChemSusChem, 2016, 9, 996-1002.

    15. [15] Y. Xia, Q. Li, K. L. Lv, D. G. Tang, M. Li, Appl. Catal. B, 2017, 206, 344-352.

    16. [16] Q. Hao, S. M. Hao, X. X. Niu, X. Li, D. M. Chen, H. Ding, Chin. J. Catal., 2017, 38, 278-286.

    17. [17] Y. Xia, Q. Li, K. L. Lv, M. Li, Appl. Surf. Sci., 2017, 398, 81-88.

    18. [18] J. Schneider, M. Matsuoka, M. Takeuchi, J. L. Zhang, Y. Horiuchi, M. Anpo, D. W. Bahnemann, Chem. Rev., 2014, 114, 9919-9986.

    19. [19] H. G. Yang, C. H. Sun, S. Z. Qiao, J. Zou, G. Liu, S. C. Smith, H. M. Cheng, G. Q. Lu, Nature, 2008, 453, 638-641.

    20. [20] R. Asahi, T. Morikawa, T. Ohwaki, K. Aoki, Y. Taga, Science, 2001, 293, 269-271.

    21. [21] X. B. Chen, L. Liu, P. Y. Yu, S. S. Mao, Science, 2011, 331, 746-750.

    22. [22] X. F. Wu, S. Fang, Y. Zheng, J. Sun, K. L. Lv, Molecules, 2016, 21, 181.

    23. [23] C. Z. Wen, Q. H. Hu, Y. N. Guo, X. Q. Gong, S. Z. Qiao, H. G. Yang, Chem. Commun., 2011, 47, 6138-6140.

    24. [24] Y. Kondo, H. Yoshikawa, K. Awaga, M. Murayama, T. Mori, K. Sunada, S. Bandow, S. Iijima, Langmuir, 2008, 24, 547-550.

    25. [25] Q. Sun, Y. M. Xu, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 12387-12394.

    26. [26] G. Colon, S. Murcia Lopez, M. C. Hidalgo, J. A. Navio, Chem. Com-mun., 2010, 46, 4809-4811.

    27. [27] R. R. Hao, G. H. Wang, C. J. Jiang, H. Tang, Q. C. Xu, Appl. Surf. Sci., 2017, 411, 400-410.

    28. [28] D. Li, H. Haneda, S. Hishita, N. Ohashi, Chem. Mater., 2005, 17, 2588-2595.

    29. [29] K. L. Lv, H. S. Zuo, J. Sun, K. J. Deng, S. C. Liu, X. F. Li, D. Y. Wang, J. Hazard. Mater., 2009, 161, 396-401.

    30. [30] D. Z. Li, Z. X. Chen, Y. L. Chen, W. J. Li, H. J. Huang, Y. H. He, X. Z. Fu, Environ. Sci. Technol., 2008, 42, 2130-2135.

    31. [31] J. G. Yu, G. P. Dai, B. B. Huang, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 16394-16401.

    32. [32] Y. H. Li, K. L. Lv, W. K. Ho, Z. W. Zhao, H. Yu, Chin. J. Catal., 2017, 38, 321-329.

    33. [33] K. L. Lv, S. Fang, L. L. Si, Y. Xia, W. K. Ho, M. Li, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 218-227.

    34. [34] W. Li, F. Wang, Y. P. Liu, J. X. Wang, J. P. Yang, L. J. Zhang, A. A. Elzatahry, D. Al-Dahyan, Y. Y. Xia, D. Y. Zhao, Nano Lett., 2015, 15, 2186-2193.

    35. [35] T. D. Nguyen-Phan, S. Luo, Z. Y. Liu, A. D. Gamalski, J. Tao, W. Q. Xu, E. A. Stach, D. E. Polyansky, S. D. Senanayake, E. Fujita, J. A. Rodriguez, Chem. Mater., 2015, 27, 6282-6296.

    36. [36] H. G. Yang, H. C. Zeng, J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 3492-3495.

    37. [37] X. W. Lou, L. A. Archer, Z. C. Yang, Adv. Mater., 2008, 20, 3987-4019.

    38. [38] L. Liang, K. N. Li, K. L. Lv, W. K. Ho, Y. Y. Duan, Chin. J. Catal., 2017, 38, 2085-2093.

    39. [39] X. F. Li, K. L. Lv, K. J. Deng, J. F. Tang, R. Su, J. Sun, L. Q. Chen, Mater. Sci. Eng. B, 2009, 158, 40-47.

    40. [40] J. Sun, X. Yan, K. L. Lv, S. Sun, K. J. Deng, D. Y. Du, J. Mol. Catal. A, 2013, 367, 31-37.

    41. [41] J. F. Lan, X. F. Wu, K. L. Lv, L. L. Si, K. J. Deng, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2237-2243.

    42. [42] R. W. Yang, J. H. Cai, K. L. Lv, X. F. Wu, W. G. Wang, Z. H. Xu, M. Li, Q. Li, W. Q. Xu, Appl. Catal. B, 2017, 210, 184-193.

    43. [43] K. L. Lv, J. G. Yu, J. J. Fan, M. Jaroniec, CrystEngComm, 2011, 14, 7044-7048.

    44. [44] L. L. Si, Z. A. Huang, K. L. Lv, H. P. Ye, K. J. Deng, Y. Y. Wu, J. Alloys Compd., 2014, 612, 69-73.

    45. [45] Z. A. Huang, Z. Y. Wang, K. L. Lv, Y. Zheng, K. J. Deng, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 8663-8669.

    46. [46] S. Fang, Y. Xia, K. L. Lv, Q. Li, J. Sun, M. Li, Appl. Catal. B, 2016, 185, 225-232.

    47. [47] K. L. Lv, J. G. Yu, L. Z. Cui, S. L. Chen, M. Li, J. Alloys Compd., 2011, 509, 4557-4562.

    48. [48] Z. Y. Wang, B. B. Huang, Y. Dai, X. L. Zhu, Y. Y. Liu, X. Y. Zhang, X. Y. Qin, CrystEngComm, 2013, 15, 3436-3441.

    49. [49] Z. Y. Wang, K. L. Lv, G. H. Wang, K. J. Deng, D. G. Tang, Appl. Catal. B, 2010, 100, 378-385.

    50. [50] Z. Y. Wang, B. B. Huang, Y. Dai, X. Y. Zhang, X. Y. Qin, Z. Li, Z. K. Zheng, H. F. Cheng, L. W. Guo, CrystEngComm, 2012, 14, 4578-4581.

    51. [51] Z. A. Huang, Q. Sun, K. L. Lv, Z. H. Zhang, M. Li, B. Li, Appl. Catal. B, 2015, 164, 420-427.

    52. [52] L. Chen, L. F. Shen, P. Nie, X. G. Zhang, H. S. Li, Electrochim. Acta, 2012, 62, 408-415.

    53. [53] J. Zhu, D. Q. Zhang, Z. F. Bian, G. S. Li, Y. N. Huo, Y. F. Lu, H. X. Li, Chem. Commun., 2009, 5394-5396.

    54. [54] X. G. Han, Q. Kuang, M. S. Jin, Z. X. Xie, L. S. Zheng, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 3152-3153.

    55. [55] C. C. Jia, X. Zhang, P. Yang, Appl. Surf. Sci., 2018, 430, 457-465.

    56. [56] Y. Zhang, Z. Y. Zhao, J. R. Chen, L. Cheng, J. Chang, W. C. Sheng, C. Y. Hu, S. S. Cao, Appl. Catal. B, 2015, 165, 715-722.

    57. [57] Y. H. Li, X. F. Wu, W. K. Ho, K. L. Lv, Q. Li, M. Li, S. C. Lee, Chem. Eng. J., 2018, 336, 200-210.

    58. [58] K. L. Lv, J. C. Hu, X. H. Li, M. Li, J. Mol. Catal. A, 2012, 356, 78-84.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  1250
  • HTML全文浏览量:  162
文章相关
  • 收稿日期:  2017-12-07
  • 修回日期:  2018-01-15
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