基于单质法合成直接Z型CuS-WO3及光催化性能

doi:10.3866/PKU.WHXB201705111

物理化学学报 >> 2017, Vol. 33 >> Issue (9): 1891-1897.doi: 10.3866/PKU.WHXB201705111

基于单质法合成直接Z型CuS-WO₃及光催化性能

宋春冬,张静*(),高莹,卢圆圆,王芳芳

辽宁石油化工大学化学化工与环境学部,辽宁抚顺113001

收稿日期:2017-03-28 发布日期:2017-07-05
通讯作者: 张静 E-mail:jingzhang_dicp@live.cn
基金资助:
国家自然科学基金(21573101);辽宁省自然科学基金项目(2014020107);辽宁省高等学校优秀人才支持计划项目(LJQ2014041);教育部留学回国科研启动基金项目(教外司留[2013]1792号);辽宁省特聘教授项目([2015]153);辽宁省百千万人才工程科技项目([2017]96);中国科学院大连化学物理研究所催化基础重点实验室开放课题项目(N-15-10)

Synthesis Direct Z-Scheme CuS-WO₃ Photocatalysts Based on an Element-Reaction Route and Their Photocatalytic Activity

Chun-Dong SONG,Jing ZHANG*(),Ying GAO,Yuan-Yuan LU,Fang-Fang WANG

College of Chemistry, Chemical Engineering and Environmental Engineering, Liaoning Shihua University, Fushun 113001, Liaoning Province, P. R. China

Received:2017-03-28 Published:2017-07-05
Contact: Jing ZHANG E-mail:jingzhang_dicp@live.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China (21573101, 20903054)(21573101);the Liaoning Provincial Natural Science Foundation(2014020107);the Program for Liaoning Excellent Talents in University(LJQ2014041);the Scientific Research Foundation for the Returned Overseas Chinese Scholars, State Education Ministry(教外司留[2013]1792号);the support plan for Distinguished Professor of Liaoning Province([2015]153);the Liaoning BaiQianWan Talents program([2017]96);the fund of the State Key Laboratory of Catalysis in DICP(N-15-10)

摘要/Abstract

摘要：

以Cu粉和S粉作为CuS前驱体，基于单质法在低温下原位合成了CuS-WO₃光催化剂。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对CuS-WO₃的晶相、形貌、粒径及光学性质等进行了表征。结果表明，CuS对WO₃的晶相结构、粒径及比表面积没有明显影响，但是可以有效提高WO₃对可见光的吸收。以降解罗丹明B（RhB）为反应模型，研究了CuS对WO₃光催化性能的影响。结果表明，在可见光照射下，CuS-WO₃复合材料的光催化活性优于CuS、WO₃的光催化活性，且CuS的含量对CuS-WO₃光催化活性影响显著，CuS含量为7%（w，质量分数）时，光催化效率最高（91.3%）。进一步结合CuS、WO₃的能带位置，荧光光谱（PL）活性物种鉴定试验，提出CuS-WO₃复合光催化剂的“直接Z型”光催化机理。直接Z型CuS-WO₃复合光催化剂中可以有效抑制电子-空穴的复合。因此，与CuS和WO₃相比，CuS-WO₃复合光催化剂具有较高的光催化性能。

关键词: 硫化铜, 氧化钨, 直接Z型, 罗丹明B, 光催化

Abstract:

CuS fabricated by an element-reaction route using copper and sulfur powders was loaded on WO₃ in situ at a low temperature. X-ray diffraction, scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Brunauer-Emmett-Teller analysis, and UV-visible diffuse reflectance spectra were used to characterize the crystalline phase, morphology, particle size, and optical properties of the CuS-WO₃ samples. CuS modification had no obvious influence on the crystalline phase, particle size, and surface area of WO₃. However, it led to the enhancement of the utilization of light energy for WO₃. CuS-WO₃ composites were utilized as photocatalysts for the degradation of Rhodamine B. The CuS-WO₃ photocatalysts showed higher photocatalytic activity than pure WO₃ or CuS under visible light irradiation. CuS content had a significant influence on the photocatalytic activity of CuS-WO₃. CuS-WO₃ with 7% (w, mass fraction) CuS content exhibited the highest photocatalytic degradation activity (91.3%). Based on analysis of the band structure of CuS and WO₃, photoluminescence results, and active species trapping, a "direct Z-scheme" mechanism for the enhanced photocatalytic activity of CuS-WO₃ was proposed. The "direct Z-scheme" results in effective charge separation, leading to increased photocatalytic activity compared to that of CuS and WO₃.

Key words: CuS, WO₃, Direct Z-scheme, Rhodamine B, Photocatalytic

宋春冬,张静,高莹,卢圆圆,王芳芳. 基于单质法合成直接Z型CuS-WO₃及光催化性能[J]. 物理化学学报, 2017, 33(9), 1891-1897. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705111

Chun-Dong SONG,Jing ZHANG,Ying GAO,Yuan-Yuan LU,Fang-Fang WANG. Synthesis Direct Z-Scheme CuS-WO₃ Photocatalysts Based on an Element-Reaction Route and Their Photocatalytic Activity[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33(9), 1891-1897. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705111

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201705111

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2017/V33/I9/1891

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Synthesis Direct Z-Scheme CuS-WO₃ Photocatalysts Based on an Element-Reaction Route and Their Photocatalytic Activity

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