Citation: Qiang Hao, Ci'an Xie, Yongming Huang, Daimei Chen, Yiwen Liu, Wei Wei, Bing-Jie Ni. Accelerated separation of photogenerated charge carriers and enhanced photocatalytic performance of g-C3N4 by Bi2S3 nanoparticles[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(2): 249-258. doi: S1872-2067(19)63450-9
利用硫化铋纳米颗粒增强类石墨相氮化碳的光生载流子分离效率和光催化活性
X射线衍射,傅里叶变换红外光谱,X射线光电子能谱和透射电子显微镜的结果表明,硫化铋纳米颗粒被成功地引入到g-C3N4中.使用亚甲基蓝为分子探针研究了所制材料在模拟太阳光下的光催化活性.结果发现,CN-BiS-2表现出最佳的光催化活性,是g-C3N4的2.05倍,是Bi2S3的4.42倍.利用液相色谱二级质谱联用分析了亚甲基蓝的降解路径.
硫化铋的引入拓展了复合材料的吸收边,使其向可见光区红移,且在整个可见光区的光吸收能力都有明显的增强.光电流的增强和交流阻抗谱圆弧半径的减小,表明光生载流子的迁移与分离速率得到了增强.自由基捕获试验表明,最主要的活性物种是光生空穴,次之是羟基自由基和超氧自由基.在CN-BiS-2样品中羟基自由基和超氧自由基的电子顺磁共振信号都比g-C3N4有明显的增强,表明复合样品中能够产生更多的羟基自由基和超氧自由基.基于光电流,交流阻抗,荧光光谱,自由基捕获和电子顺磁共振的结果,我们提出了高能电子由硫化铋转移到g-C3N4,同时空穴由g-C3N4转移到硫化铋的电子空穴转移机制.此外,红外热成像的结果表明,g-C3N4/Bi2S3异质结材料具有更强的光热转换能力,从而有利于加速光生载流子分离.
English
Accelerated separation of photogenerated charge carriers and enhanced photocatalytic performance of g-C3N4 by Bi2S3 nanoparticles
-
Key words:
- Graphitic carbon nitride
- / Bismuth sulfide
- / Photocatalyst
- / Wastewater treatment
- / High-energy electron
-
-
[1] Y. Choi, M. S. Koo, A. D. Bokare, D. H. Kim, D. W. Bahnemann, W. Choi, Environ. Sci. Technol., 2017, 51, 3973-3981.
-
[2] S. G. Kumar, K. S. R. K. Rao, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 124-148.
-
[3] Y. Wang, H. Dai, J. Deng, Y. Liu, H. Arandiyan, X. Li, B. Gao, S. Xie, Solid State Sci., 2013, 24, 62-70.
-
[4] H. J. Lu, R. T. Wang, L. H. Zhang, D. M. Chen, Q. Hao, C. Ma, W. Q. Yao, Russ. J. Phys. Chem. A, 2018, 92, 2075-2080.
-
[5] K. M. Reza, A. S. W. Kurny, F. Gulshan, Appl. Water Sci., 2017, 7, 1569-1578.
-
[6] Z. X. Zhao, H. X. Dai, J. G. Deng, Y. X. Liu, Y. Wang, X. W. Li, G. M. Bai, B. Z. Gao, C. T. Au, J. Environ. Sci., 2013, 25, 2138-2149.
-
[7] A. Fujishima, K. Honda, Nature, 1972, 238, 37-38.
-
[8] W.-K. Jo, S. Kumar, M. A. Isaacs, A. F. Lee, S. Karthikeyan, Appl. Catal. B, 2017, 201, 159-168.
-
[9] K. M. Lee, C. W. Lai, K. S. Ngai, J. C. Juan, Water Res., 2016, 88, 428-448.
-
[10] S. Liu, M. Y. Zhao, Z. T. He, Y. Zhong, H. Ding, D. M. Chen, Chin. J. Catal., 2019, 40, 446-457.
-
[11] Z. Zou, J. Ye, K. Satama. H. Arakawa, Nature, 2001, 414, 625-627.
-
[12] T. Chen, Q. Hao, W. J. Yang, C. L. Xie, D. M. Chen, C. Ma, W. Q. Yao, Y. F. Zhu, Appl. Catal. B, 2018, 237, 442-448.
-
[13] Q. Hao, R. Wang, H. Lu, C. A. Xie, W. Ao, D. Chen, C. Ma, W. Yao, Y. Zhu, Appl. Catal. B, 2017, 219, 63-72.
-
[14] H. Lu, Q. Hao, T. Chen, L. Zhang, D. Chen, C. Ma, W. Yao, Y. Zhu, Appl. Catal. B, 2018, 237, 59-67.
-
[15] S. Kohtani, M. Koshiko, A. Kudo, K. Tokumura, Y. Ishigaki, A. Toriba, K. Hayakawa, R. Nakagaki, Appl. Catal. B, 2003, 46, 573-586.
-
[16] S. Dong, Y. Cui, Y. Wang, Y. Li, L. Hu, J. Sun, J. Sun, Chem. Eng. J., 2014, 249, 102-110.
-
[17] Q. Wang, J. Lian, Q. Ma, S. Zhang, J. He, J. Zhong, J. Li, H. Huang, B. Su, Catal. Today, 2017, 281, 662-668.
-
[18] Y.-J. Yuan, Z. Li, S. Wu, D. Chen, L.-X. Yang, D. Cao, W.-G. Tu, Z.-T. Yu, Z.-G. Zou, Chem. Eng. J., 2018, 350, 335-343.
-
[19] R. Suresh, K. Giribabu, R. Manigandan, R. V. Mangalaraja, J. Y. Solorza, A. Stephen, V. Narayanan, Solid State Sci., 2017, 68, 39-46.
-
[20] K. Sekizawa, S. Sato, T. Arai, T. Morikawa, ACS Catal., 2018, 8, 1405-1416.
-
[21] W. Zhang, Z. Zhao, F. Dong, Y. Zhang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 372-378.
-
[22] Q. Hao, T. Chen, R. Wang, J. Feng, D. Chen, W. Yao, J. Clean. Prod., 2018, 197, 1222-1230.
-
[23] 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.
-
[24] Q. Hao, S. M. Hao, X. X. Niu, X. Li, D. M. Chen, H. Ding, Chin. J. Catal., 2017, 38, 278-286.
-
[25] J. Q. Wen, J. Xie, X. B. Chen, X. Li, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 72-123.
-
[26] D. Masih, Y. Ma, S. Rohani, Appl. Catal. B, 2017, 206, 556-588.
-
[27] Y. H. Fu, W. Liang, J. Q. Guo, H. Tang, S. S. Liu, Appl. Surf. Sci., 2018, 430, 234-242.
-
[28] Q. Xu, B. Zhu, C. Jiang, B. Cheng, J. Yu, Solar Rrl, 2018, 2, 1800006.
-
[29] W. J. Jiang, H. Wang, X. D. Zhang, Y. F. Zhu, Y. Xie, Sci. China-Chem., 2018, 61, 1205-1213.
-
[30] D. Chen, K. Wang, W. Hong, R. Zong, W. Yao, Y. Zhu, Appl. Catal. B, 2015, 166, 366-373.
-
[31] X. J. Wang, Q. Wang, F. T. Li, W. Y. Yang, Y. Zhao, Y. J. Hao, S. J. Liu, Chem. Eng. J., 2013, 234, 361-371.
-
[32] Z. W. Tong, D. Yang, T. X. Xiao, Y. Tian, Z. Y. Jiang, Chem. Eng. J., 2015, 260, 117-125.
-
[33] H. P. Li, J. Y. Liu, W. G. Hou, N. Du, R. J. Zhang, X. T. Tao, Appl. Catal. B, 2014, 160, 89-97.
-
[34] F. T. Li, Y. Zhao, Q. Wang, X. J. Wang, Y. J. Hao, R. H. Liu, D. S. Zhao, J. Hazard. Mater., 2015, 283, 371-381.
-
[35] F. J. Zhang, F. Z. Xie, S. F. Zhu, J. Liu, J. Zhang, S. F. Mei, W. Zhao, Chem. Eng. J., 2013, 228, 435-441.
-
[36] F. Chen, H. Yang, X. Wang, H. Yu, Chin. J. Catal., 2017, 38, 296-304.
-
[37] P. Wang, S. Xu, F. Chen, H. Yu, Chin. J. Catal., 2019, 40, 343-351.
-
[38] N. C. Zheng, T. Ouyang, Y. B. Chen, Z. Wang, D. Y. Chen, Z. Q. Liu, Catal. Sci. Technol., 2019, 9, 1357-1364.
-
[39] R. B. Wei, Z. L. Huang, G. H. Gu, Z. Wang, L. X. Zeng, Y. B. Chen, Z. Q. Liu, Appl. Catal. B, 2018, 231, 101-107.
-
[40] D. S. Wang, C. H. Hao, W. Zheng, X. L. Ma, D. R. Chu, Q. Peng, Y. D. Li, Nano Res., 2009, 2, 130-134.
-
[41] Y. Bessekhouad, D. Robert, J. V. Weber, J. Photochem. Photobio. A, 2004, 163, 569-580.
-
[42] X. Gao, H. B. Wu, L. Zheng, Y. Zhong, Y. Hu, X. W. Lou, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 5917-5921.
-
[43] G. Konstantatos, L. Levina, J. Tang, E. H. Sargent, Nano Lett., 2008, 8, 4002-4006.
-
[44] G. Chen, Y. Yu, K. Zheng, T. Ding, W. Wang, Y. Jiang, Q. Yang, Small, 2015, 11, 2848-2855.
-
[45] K. L. Ai, Y. L. Liu, J. H. Liu, Q. H. Yuan, Y. Y. He, L. H. Lu, Adv. Mater., 2011, 23, 4886-4891.
-
[46] P. Boudjouk, M. P. Remington, D. G. Grier, B. R. Jarabek, G. J. McCarthy, Inorg. Chem., 1998, 37, 3538-3541.
-
[47] X. L. Yu, C. B. Cao, H. S. Zhu, Solid State Commun., 2005, 134, 239-243.
-
[48] Z. Guo, S. Zhu, Y. Yong, X. Zhang, X. Dong, J. Du, J. Xie, Q. Wang, Z. Gu, Y. Zhao, Adv. Mater., 2017, 29, 1704136.
-
[49] Z. Xiao, C. Xu, X. Jiang, W. Zhang, Y. Peng, R. Zou, X. Huang, Q. Liu, Z. Qin, J. Hu, Nano Res., 2016, 9, 1934-1947.
-
[50] X. Zhou, S. Y. Yao, Y. M. Long, Z. S. Wang, W. F. Li, Mater. Lett., 2015, 145, 23-26.
-
[51] D. D. Chen, J. Z. Fang, S. Y. Lu, G. Y. Zhou, W. H. Feng, F. Yang, Y. Chen, Z. Q. Fang, Appl. Surf. Sci., 2017, 426, 427-436.
-
[52] J. Yin, Z. Y. Wu, M. Fang, Y. Xu, W. J. Zhu, C. Li, J. Chin. Chem. Soc., 2018, 65, 1044-1052.
-
[53] P. Niu, L. L. Zhang, G. Liu, H. M. Cheng, Adv. Funct. Mater., 2012, 22, 4763-4770.
-
[54] L. F. Lundegaard, E. Makovicky, T. Boffa-Ballaran, T. Balic-Zunic, Phys. Chem. Miner., 2005, 32, 578-584.
-
[55] H. Jung, C. M. Park, H. J. Sohn, Electrochim. Acta, 2011, 56, 2135-2139.
-
[56] W. G. Ma, D. X. Han, M. Zhou, H. Sun, L. N. Wang, X. D. Dong, L. Niu, Chem. Sci., 2014, 5, 3946-3951.
-
[57] Q. Y. Lin, L. Li, S. J. Liang, M. H. Liu, J. H. Bi, L. Wu, Appl. Catal. B, 2015, 163, 135-142.
-
[58] J. R. Holst, E. G. Gillan, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 7373-7379.
-
[59] B. Jurgens, E. Irran, J. Senker, P. Kroll, H. Muller, W. Schnick, J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 10288-10300.
-
[60] J. Grigas, E. Talik, V. Lazauskas, Phys. Status Solidi B, 2002, 232, 220-230.
-
[61] F. M. Huang, L. Chen, H. L. Wang, Z. C. Yan, Chem. Eng. J., 2010, 162, 250-256.
-
[62] Z. Gan, X. Wu, M. Meng, X. Zhu, L. Yang, P. K. Chu, ACS Nano, 2014, 8, 9304-9310.
-
[63] R. T. Wang, Q. Hao, J. R. Feng, G. C. Wang, H. Ding, D. M. Chen, B. J. Ni, J. Alloys Compd., 2019, 786, 418-427.
-
[64] M. Z. Xie, X. D. Fu, L. Q. Jing, P. Luan, Y. J. Feng, H. G. Fu, Adv. Energy Mater., 2014, 4, 1300995/1-1300995/6.
-
[65] M. Humayun, Y. Qu, F. Raziq, R. Yan, Z. Li, X. Zhang, L. Jing, Environ. Sci. Technol., 2016, 50, 13600-13610.
-
计量
- PDF下载量: 12
- 文章访问数: 3525
- HTML全文浏览量: 332