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物理化学学报  2017, Vol. 33 Issue (10): 2082-2091    DOI: 10.3866/PKU.WHXB201705176
论文     
贵金属负载的棒状ZnO复合光催化剂的制备及其提升的光催化性能
陈阳1,3,杨晓燕2,3,*(),张鹏3,刘道胜1,*(),桂建舟1,3,彭海龙3,刘丹1,3,*()
1 辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001
2 商丘师范学院化学化工学院,河南商丘476000
3 天津工业大学环境与化学工程学院,分离膜与膜过程国家重点实验室,天津300389
Noble Metal-Supported on Rod-Like ZnO Photocatalysts with Enhanced Photocatalytic Performance
Yang CHEN1,3,Xiao-Yan YANG2,3,*(),Peng ZHANG3,Dao-Sheng LIU1,*(),Jian-Zhou GUI1,3,Hai-Long PENG3,Dan LIU1,3,*()
1 Division of Chemistry, Chemical Engineering and Environment, Liaoning Shihua University, Fushun 113001, Liaoning Porvince, P. R. China
2 School of Chemistry and Chemical Engineering, Shangqiu Normal University, Shangqiu 476000, Henan Porvince, P. R. China
3 State Key Laboratory of Separation Membranes & Membrane Processes, School of Environmental & Chemical Engineering, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, P. R. China
 全文: PDF(2947 KB)   HTML 输出: BibTeX | EndNote (RIS) |
摘要:

以水热制备的ZnO纳米棒为基底,通过乙二醇液相还原法负载不同贵金属颗粒(Pt、Pd、Ru)构筑贵金属负载的ZnO纳米棒复合光催化剂。实验结果表明在制备条件相同时,Pt/ZnO样品中Pt颗粒尺寸较小,分布均匀;Pd/ZnO样品中Pd颗粒尺寸较大且团聚严重;Ru/ZnO样品则几乎没有Ru颗粒负载。在紫外光照射下降解亚甲基蓝的反应中,Pt/ZnO表现出最高的光催化性能,Pd/ZnO样品次之,而Ru/ZnO则表现出与ZnO纳米棒相似的光催化活性;表明小尺寸和大小均匀的贵金属颗粒对ZnO纳米棒的催化性能有着显著的提升作用。对Pt/ZnO来说,当Pt载量为3.2%时Pt/ZnO催化剂的光催化活性最高。

关键词: 氧化锌光催化贵金属负载光降解亚甲基蓝    
Abstract:

In the present work, we successfully synthesized ZnO nanorods under hydrothermal conditions, which have been utilized as the matrix to fabricate various noble metal (Pt, Pd, and Ru)-supported ZnO photocatalysts by subsequent reduction with ethylene glycol. In terms of systematic characterization, it was found that the Pt particles in the Pt/ZnO composite have small size with narrow size distribution, while the Pd particles in the Pd/ZnO composite have a larger size distribution due to aggregation. On the other hand, no Ru particles were practically observed in the Ru/ZnO composite. In the photodegradation of a methylene blue solution under UV light irradiation, both Pt/ZnO and Pd/ZnO exhibited significantly enhanced photocatalytic activity compared with the ZnO nanorods, whereas no noticeable increase of catalytic activity could be observed in the case of Ru/ZnO. Furthermore, the photocatalytic activity of the Pt/ZnO catalyst was higher than that of Pd/ZnO, due to its small-sized and uniform Pt particles. Therefore, noble metal particles with small size and high dispersion contribute to the enhancement of the photocatalytic performance of ZnO materials. After detailed investigation of various Pt/ZnO composites with different Pt loadings, it was demonstrated that the optimal Pt loading required to maximally improve the photocatalytic performance of ZnO nanorods corresponds to 3.2%.

Key words: Zinc oxide    Photocatalysis    Supported Noble Metal    Photodegradation    Methylene blue
收稿日期: 2017-03-10 出版日期: 2017-05-17
中图分类号:  O643  
基金资助: 国家自然科学基金(21576211);河南省教育厅科学技术重点研究项目(16A150019)
通讯作者: 杨晓燕,刘道胜,刘丹     E-mail: yxysmallyxy@aliyun.com.;dsliu05@126.com;danliu_939@hotmail.com
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陈阳
杨晓燕
张鹏
刘道胜
桂建舟
彭海龙
刘丹

引用本文:

陈阳,杨晓燕,张鹏,刘道胜,桂建舟,彭海龙,刘丹. 贵金属负载的棒状ZnO复合光催化剂的制备及其提升的光催化性能[J]. 物理化学学报, 2017, 33(10): 2082-2091.

Yang CHEN,Xiao-Yan YANG,Peng ZHANG,Dao-Sheng LIU,Jian-Zhou GUI,Hai-Long PENG,Dan LIU. Noble Metal-Supported on Rod-Like ZnO Photocatalysts with Enhanced Photocatalytic Performance. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(10): 2082-2091.

链接本文:

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201705176        http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I10/2082

图1  ZnO NR和M/ZnO样品的XRD图谱
图2  ZnO NR的(a) SEM照片,(b)放大的SEM照片,(c) HRTEM照片
图3  (a-c) Pt/ZnO,Pd/ZnO,Ru/ZnO催化剂的SEM照片,(d)经EG处理过的ZnO NR的SEM照片,(e, f) Pt/ZnO,Pd/ZnO催化剂的TEM照片
图4  (a) Pt/ZnO,(b) Pd/ZnO,(c) Ru/ZnO催化剂的EDX谱图
图5  Pt/ZnO的(a) XPS的全谱图;Pd/ZnO的(b) XPS的全谱图;Ru/ZnO的(c) XPS的全谱图;(d) Pt 4f的XPS高分辨谱图;(e) Pd 3d的XPS高分辨谱图
图6  ZnO NR和M/ZnO催化剂的UV-Vis DRS谱图
图7  ZnO NR和M/ZnO催化剂的PL光谱图
图8  (a-d)紫外光照射下ZnO NR、Pt/ZnO、Pd/ZnO和Ru/ZnO催化降解MB过程中不同时间MB溶液的紫外可见吸光度变化。MB浓度为10 mg?L-1,催化剂用量0.002 g;(e)不同M/ZnO样品在紫外光照射下降解MB的光催化性能;(f)不同M/ZnO催化剂的反应常数
图9  不同Pt的负载量对Pt/ZnO光催化活性在紫外光照射下降解MB的光催化性能,MB浓度为10 mg?L-1,催化剂用量0.02 g;(b)不同Pt负载量的Pt/ZnO催化剂的反应常数
图10  (a)Pt负载量为6.0%的Pt/ZnO催化剂的HRTEM照片,(b)相应的Pt纳米颗粒的尺寸分布图
图11  紫外光照射下Pt/ZnO催化剂在八次循环实验中光降解MB的催化活性
图12  M/ZnO在紫外光光照下的降解MB的光催化反应机理
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