物理化学学报 >> 2023, Vol. 39 >> Issue (6): 2209012.doi: 10.3866/PKU.WHXB202209012
所属专题: S型光催化剂
陈茹瑶1, 夏加增2, 陈义钢2,*(), 史海峰1,3,*(
)
收稿日期:
2022-09-09
录用日期:
2022-09-30
发布日期:
2022-10-08
通讯作者:
陈义钢,史海峰
E-mail:hfshi@jiangnan.edu.cn;wuxichen2512@njmu.edu.cn
作者简介:
第一联系人:†These authors contributed equally to this work.
Ruyao Chen1, Jiazeng Xia2, Yigang Chen2,*(), Haifeng Shi1,3,*(
)
Received:
2022-09-09
Accepted:
2022-09-30
Published:
2022-10-08
Contact:
Yigang Chen, Haifeng Shi
E-mail:hfshi@jiangnan.edu.cn;wuxichen2512@njmu.edu.cn
摘要:
利用光催化剂中产生的光生电荷活化过一硫酸盐(PMS)用于抗生素等污染物的去除,由于结合了光催化反应和PMS活化的独特优势,近年来引起了广泛的关注。然而,对于单一光催化剂,严重的光生电子空穴对的复合限制了其活化PMS的效率。于此,本文构建了CuWO4−x/Bi12O17Cl2光催化剂,通过梯型异质结促进电荷分离,实现高效PMS活化。通过X射线衍射仪技术(XRD)、高分辨透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等分析手段对所制备催化剂的形貌和结构进行了详细的表征。另外,通过在可见光照射下降解四环素(TC),系统地研究了CuWO4−x/Bi12O17Cl2的催化活性。结果发现,与CuWO4−x和Bi12O17Cl2相比,CuWO4−x/Bi12O17Cl2表现出了明显增强的四环素降解活性:在加入微量的PMS及可见光照射30分钟后,对四环素的降解效率达到了94.74%。X射线光电子能谱以及捕获实验结果表明,CuWO4−x/Bi12O17Cl2复合材料遵循梯型异质结电荷迁移机制。得益于梯型异质结的构建,CuWO4−x/Bi12O17Cl2光催化剂中电子和空穴的传输与分离效率得到显著提高,同时还能保持复合材料最佳的氧化还原能力。此外,对比反应前后样品的X射线光电子能谱结果,发现铜离子和氧空位也参与PMS活化,这将促进反应中活性自由基的产生,从而进一步提高了TC的降解效率。本研究为合成可高效活化PMS和降解抗生素的梯型异质结光催化剂提供了新的思路。
陈茹瑶, 夏加增, 陈义钢, 史海峰. CuWO4−x/Bi12O17Cl2梯型异质结增强PMS活化性能用于高效抗生素去除[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6), 2209012. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209012
Ruyao Chen, Jiazeng Xia, Yigang Chen, Haifeng Shi. S-Scheme-Enhanced PMS Activation for Rapidly Degrading Tetracycline Using CuWO4−x/Bi12O17Cl2 Heterostructures[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39(6), 2209012. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209012
1 |
Shi, H. Y.; Li, Y.; Wang, X. F.; Yu, H. G.; Yu, J. G. Appl. Catal. B Environ. 2021, 297, 120414.
doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120414 |
2 |
Cai, S.; Zuo, X. X.; Zhao, H. Y.; Yang, S. J.; Chen, R. Z.; Chen, L. W.; Zhang, R. H.; Ding, D. H.; Cai, T. M. J. Mater. Chem. A 2022, 10, 9171.
doi: 10.1039/D2TA00153E |
3 |
Ye, J. W.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Ho, W. K.; Wageh, S.; Al-Ghamdi, A. A. Appl. Catal. B Environ. 2022, 430, 132715.
doi: 10.1016/j.cej.2021.132715 |
4 |
Cherifi, Y.; Addad, A.; Vezin, H.; Barras, A.; Ouddane, B.; Chaouchi, A.; Szunerits, S.; Boukherroub, R. Ultrason. Sonochem. 2019, 52, 164.
doi: 10.1016/j.ultsonch.2018.11.012 |
5 |
Liu, S. Y.; Zada, A.; Yu, X. Y.; Liu, F. Z.; Jin, G. Chemosphere 2022, 307, 135717.
doi: 10.1016/j.chemosphere.2022.135717 |
6 |
Huang, C. F.; Wen, Y. P.; Ma, J.; Dong, D. D.; Shen, Y. F.; Liu, S. Q.; Ma, H. B.; Zhang, Y. J. Nat. Commun. 2021, 12, 320.
doi: 10.1038/s41467-020-20521-5 |
7 | Han, G. W.; Xu, F. Y., Cheng, B., Li, Y. J., Yu, J. G., Zhang, L. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2112037. |
韩高伟, 徐飞燕, 程蓓, 李佑稷, 余家国, 张留洋 物理化学学报, 2022, 38, 2112037.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202112037 |
|
8 |
Yan, Q. Y.; Lian, C.; Huang, K.; Liang, L. H.; Yu, H. R.; Yin, P. C.; Zhang, J. L.; Xing, M. Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17155.
doi: 10.1002/anie.202105736 |
9 |
Zhao, W. L.; Wang, W. L.; Han, T. Y.; Wang, H. T.; Zhang, H. C.; Shi, H. F. Sep. Purif. Technol. 2021, 269, 118693.
doi: 10.1016/j.seppur.2021.118693 |
10 |
Sabri, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Ghosh, S. J. Photochem. Photobiol. A 2020, 391, 112397.
doi: 10.1016/j.jphotochem.2020.112397 |
11 | Li, J. B.; Yi, Y.; Shi, P. H.; Wang, Q.; Li, D. X.; Asif, H.; Yang, M. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 1720. |
李洁冰, 伊玉, 时鹏辉, 王倩, 李登新, ASIF Hussain, 杨明 物理化学学报, 2014, 30, 1720.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201407021 |
|
12 |
Ming, H. B.; Wei, D. L.; Yang, Y.; Chen, B. Q.; Yang, C.; Zhang, J. S.; Hou, Y. D. Chem. Eng. J. 2021, 424, 130296.
doi: 10.1016/j.cej.2021.130296 |
13 |
Gao, H. H.; Yang, H. C.; Xu, J. Z.; Zhang, S. W.; Li, J. X. Small 2018, 14, 1801353.
doi: 10.1002/smll.201801353 |
14 |
Sarkar, P.; De, S.; Neogi, S. Appl. Catal. B Environ. 2022, 307, 121165.
doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121165 |
15 |
Xu, L.; Liu, L. F. Appl. Catal. B Environ. 2022, 304, 120953.
doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120953 |
16 |
Wang, W. X.; Liu, Y.; Yue, Y. F.; Wang, H. H.; Cheng, G.; Gao, C. Y.; Chen, C. L.; Ai, Y. J.; Chen, Z.; Wang, X. K. ACS Catal. 2021, 11, 11256.
doi: 10.1021/acscatal.1c03331 |
17 |
Liu, W.; Zhou, J. B.; Zhou, Y.; Liu, D. Sep. Purif. Technol. 2021, 264, 118288.
doi: 10.1016/j.seppur.2020.118288 |
18 |
Wang, M.; Jin, C. Y.; Kang, J.; Liu, J. Y.; Tang, Y. W.; Li, Z. L.; Li, S. Y. Chem. Eng. J. 2021, 416, 128118.
doi: 10.1016/j.cej.2020.128118 |
19 |
Rosa, W. S.; Rabelo, L. G.; Tiveron Zampaulo, L. G.; Gonçalves, R. V. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 22858.
doi: 10.1021/acsami.1c21001 |
20 |
Huang, R. Y.; Gu, X.; Sun, W. Z.; Chen, L.; Du, Q. Y.; Guo, X.; Lia, J.; Zhang, M. W.; Li, C. F. Sep. Purif. Technol. 2020, 250, 117174.
doi: 10.1016/j.seppur.2020.117174 |
21 |
Chen, R. Y.; Dou, X. C.; Xia, J. Z.; Chen, Y. G.; Shi, H. F. Sep. Purif. Technol. 2022, 296, 121345.
doi: 10.1016/j.seppur.2022.121345 |
22 |
Zhang, H.; Yilmaz, P.; Ansari, J. O.; Khan, F. F.; Binions, R.; Krause, S.; Dunn, S. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 9638.
doi: 10.1039/C4TA07213H |
23 |
Shadabipour, P.; Raithel, A. L.; Hamann, T. W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 50592.
doi: 10.1021/acsami.0c14705 |
24 |
Dashtian, K.; Ghaedi, M.; Shirinzadeh, H.; Hajati, S.; Shahbazi, S. Chem. Eng. J. 2018, 339, 189.
doi: 10.1016/j.cej.2018.01.107 |
25 |
Wen, M.; Wang, S.; Jiang, R. Q.; Wang, Y.; Wang, Z. J.; Yu, W. J.; Geng, P.; Xia, J. D.; Li, M. Q.; Chen, Z. G. Biomater. Sci. 2019, 7, 4651.
doi: 10.1039/C9BM00995G |
26 |
Ma, Z.; Linnenberg, O.; Rokicinska, A.; Kustrowski, P.; Slabon, A. J. Phys. Chem. C 2018, 122, 19281.
doi: 10.1021/acs.jpcc.8b02828 |
27 |
Guo, W. L.; Duan, Z. Y.; Mabayoje, O.; Chemelewski, W. D.; Xiao, P.; Henkelman, G.; Zhang, Y. H.; Mullins, C. B. J. Electrochem. Soc. 2016, 163, H970.
doi: 10.1149/2.0701610jes |
28 |
Bao, X. L.; Wang, X. K.; Li, X. Q.; Qin, L. X.; Han, S.; Kang, S. Z. Mater. Res. Bull. 2021, 136, 111171.
doi: 10.1016/j.materresbull.2020.111171 |
29 |
Guo, W. L; Wang, Y.; Lian, X.; Nie, Y.; Tian, S. J.; Wang, S. S.; Zhou, Y.; Henkelman, G. Catal. Sci. Technol. 2020, 10, 7344.
doi: 10.1039/D0CY01430C |
30 |
Chu, D. W.; Zhao, C. Catal. Today 2020, 351, 125.
doi: 10.1016/j.cattod.2018.10.006 |
31 |
Yu, R. X.; Zhao, J. H.; Zhao, Z. W.; Cui, F. Y. J. Hazard. Mater. 2020, 390, 121998.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.121998 |
32 |
Zhang, H. X.; Li, C. W.; Lyu, L.; Hu, C. Appl. Catal. B Environ. 2020, 270, 118874.
doi: 10.1016/j.apcatb.2020.118874 |
33 |
Ye, J.; Dai, J. D.; Yang, D. Y.; Li, C. X.; Yan, Y. S.; Wang, Y. J. Hazard. Mater. 2022, 421, 126715.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.126715 |
34 |
Yang, H.; Zhang, J. F.; Dai, K. Chin. J. Catal. 2022, 43, 255.
doi: 10.1016/S1872-2067(20)63784-6 |
35 |
Xu, Q. L.; Zhang, L. Y.; Cheng, B.; Fan, J. J.; Yu, J. G. Chem 2020, 6, 1543.
doi: 10.1016/j.chempr.2020.06.010 |
36 | Fei, X. G.; Tan, H. Y.; Cheng, B.; Zhu, B. C.; Zhang, L. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 37, 2010027. |
费新刚, 谭海燕, 程蓓, 朱必成, 张留洋 物理化学学报, 2022, 37, 2010027.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202010027 |
|
37 | Wang, W. L.; Zhang, H. C.; Chen, Y. G.; Shi, H. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2104030. |
王文亮, 张灏纯, 陈义钢, 史海峰 物理化学学报, 2022, 38, 2104030.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202201008 |
|
38 |
Zhang, L. Y.; Zhang, J. J.; Yu, H. G.; Yu, J. G. Adv. Mater. 2022, 34, 2107668.
doi: 10.1002/adma.202107668 |
39 |
Li, X.; Wang, Z.; Zhang, J.; Dai, K.; Fan, K.; Dawson, G. Mater. Today Phys. 2022, 26, 100729.
doi: 10.1016/j.mtphys.2022.100729 |
40 |
Xia, P. F.; Cao, S. W.; Zhu, B. C.; Liu, M. J.; Shi, M. S.; Yu, J. G.; Zhang, Y. F. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 5218.
doi: 10.1002/anie.201916012 |
41 |
Li, Q. Q.; Zhao, W. L.; Zhai, Z. C.; Ren, K. X.; Wang, T. Y.; Guan, H.; Shi, H. F. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 56, 216.
doi: 10.1016/j.jmst.2020.03.038 |
42 |
Wang, W. L.; Zhao, W. L.; Zhang, H. C.; Dou, X. C.; Shi, H. F. Chin. J. Catal. 2021, 42, 97.
doi: 10.1016/S1872-2067(20)63602-6 |
43 |
Zhao, Z. W.; Li, X. F.; Dai, K.; Zhang, J. F.; Dawson, G. J. Mater. Sci. Technol. 2022, 117, 109.
doi: 10.1016/j.jmst.2021.11.046 |
44 | Huang, Y.; Mei, F. F.; Zhang, J. F.; Dai, K.; Dawson, G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2108028. |
黄悦, 梅飞飞, 张金锋, 代凯, Dawson, G. 物理化学学报, 2022, 38, 2108028.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202108028 |
|
45 |
Mei, F. F.; Li, Z.; Dai, K.; Zhang, J. F.; Liang, C. H. Chin. J. Catal. 2020, 41, 41.
doi: 10.1016/S1872-2067(19)63389-9 |
46 |
Zhou, C. Y.; Lai, C.; Xu, P.; Zeng, G. M.; Huang, D. L.; Li, Z. H.; Zhang, C.; Cheng, M.; Hu, L.; Wan, J.; et al. ACS Sustain. Chem. Eng. 2018, 6, 6941.
doi: 10.1021/acssuschemeng.8b00782 |
47 |
Zhai, Z. C.; Ren, K. X.; Zheng, X. Y.; Chen, Y. G.; Dong, Y. M.; Shi, H. F. Environ. Sci. : Nano 2022, 9, 1780.
doi: 10.1039/D2EN00028H |
48 |
Lu, M. F.; Li, Q. Q.; Zhang, C. L.; Fan, X. X.; Li, L.; Dong, Y. M.; Chen, G. Q.; Shi, H. F. Carbon 2020, 160, 342.
doi: 10.1016/j.carbon.2020.01.038 |
49 |
Liu, Z. F.; Song, Q. G.; Zhou, M.; Guo, Z. G.; Kang, J. H.; Yan, H. Y. Chem. Eng. J. 2019, 374, 554.
doi: 10.1016/j.cej.2019.05.191 |
50 |
Huo, Y.; Zhang, J. F.; Wang, Z. L.; Dai, K.; Pan, C. S.; Liang, C. H. J. Colloid Interface Sci. 2021, 585, 684.
doi: 10.1016/j.jcis.2020.10.048 |
51 |
Zhu, L. L.; Wu, Y. F.; Wu, S. J.; Dong, F.; Xia, J. X.; Jiang, B. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 9216.
doi: 10.1021/acsami.0c21454 |
52 |
Li, L.; Yang, L.; Xiong, Y. L.; Peng, L.; Dong, H. M.; Wei, X. J.; Xiao, P.; He, H. C. ACS Sustain. Chem. Eng. 2019, 7, 19640.
doi: 10.1021/acssuschemeng.9b04787 |
53 |
Liu, S. Y., Ru, J. L., Liu, F. Z. Chemosphere 2021, 267, 129220.
doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.129220 |
54 |
Biesinger, M. C. Surf. Interface Anal. 2017, 49, 1325.
doi: 10.1002/sia.6239 |
55 |
Chen, H. X.; Xu, Y.; Zhu, K. M.; Zhang, H. Appl. Catal. B Environ. 2021, 284, 119732.
doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119732 |
56 |
Hang, T. T. M.; Vy, N. H. T.; Hanh, N. T.; Pham, T. D. Sustain. Chem. Pharm. 2021, 21, 100407.
doi: 10.1016/j.scp.2021.100407 |
57 |
Wang, L.; Min, X. P.; Sui, X. Y.; Chen, J. H.; Wang, Y. J. Colloid Interface Sci. 2020, 560, 21.
doi: 10.1016/j.jcis.2019.10.048 |
58 |
Hill, J. C.; Choi, K. S. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 5006.
doi: 10.1039/C3TA10245A |
59 |
Chang, F.; Wu, F. Y.; Zheng, J. J.; Cheng, W. B.; Yan, W. J.; Deng, B. Q.; Hu, X. F. Chemosphere 2018, 210, 257.
doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.07.010 |
60 |
Gordon, T. R.; Cargnello, M.; Paik, T.; Mangolini, F.; Weber, R. T.; Fornasiero, P.; Murray, C. B. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6751.
doi: 10.1021/ja300823a |
61 |
Lim, J. H.; Yang, Y.; Hoffmann, M. R. Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 6972.
doi: 10.1021/acs.est.9b01449 |
62 |
Qin, Q. D.; Liu, T.; Zhang, J. X.; Wei, R.; You, S. J.; Xu, Y. J. Hazard. Mater. 2021, 419, 126447.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.126447 |
63 |
Dou, X. C.; Chen, Y. G.; Shi, H. F. Chem. Eng. J. 2022, 431, 134054.
doi: 10.1016/j.cej.2021.134054 |
64 |
Ma, J.; Chen, L.; Liu, Y.; Xu, T. Y.; Ji, H. D.; Duan, J.; Sun, F. B.; Liu, W. J. Hazard. Mater. 2021, 418, 126180.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.126180 |
65 |
Ren, J.; Jiang, L. S.; Li, Y.; Zhang, G. K. Sep. Purif. Technol. 2021, 275, 119100.
doi: 10.1016/j.seppur.2021.119100 |
66 |
Dai, H. W.; Zhou, W. J.; Wang, W. Chem. Eng. J. 2021, 417, 127921.
doi: 10.1016/j.cej.2020.127921 |
67 |
Wang, H.; Gao, Q.; Li, H. T.; Han, B.; Xia, K. S.; Zhou, C. G. Chem. Eng. J. 2019, 368, 377.
doi: 10.1016/j.cej.2019.02.124 |
68 |
Huang, X. X.; Zhu, N. W.; Mao, F. L.; Ding, Y.; Zhang, S. H.; Liu, H. R.; Li, F.; Wu, P. X.; Dang, Z.; Ke, Y. X. Chem. Eng. J. 2020, 392, 123636.
doi: 10.1016/j.cej.2019.123636 |
69 |
Huang, K. L.; Li, C. H.; Wang, L.; Wang, W. T.; Meng, X. C. Chem. Eng. J. 2021, 425, 131493.
doi: 10.1016/j.cej.2021.131493 |
70 |
Tan, B. H.; Fang, Y.; Chen, Q. L.; Ao, X. Q.; Cao, Y. J. Colloid Interface Sci. 2021, 601, 581.
doi: 10.1016/j.jcis.2021.05.155 |
71 |
Shi, H. F.; Li, X. K.; Wang, D. F.; Yuan, Y. P.; Zou, Z. G.; Ye, J. H. Catal. Lett. 2009, 132, 205.
doi: 10.1007/s10562-009-0087-8 |
72 |
Chen, T.; Zhu, Z. L.; Bao, Y. J.; Zhang, H.; Qiu, Y. L.; Yin, D. Q. Environ. Sci. Nano 2021, 8, 2618.
doi: 10.1039/D1EN00426C |
73 |
Zhang, H.; Nengzi, L. C.; Li, X.; Wang, Z.; Li, B.; Liu, L.; Cheng, X. Chem. Eng. J. 2020, 386, 124011.
doi: 10.1016/j.cej.2020.124011 |
74 |
Denk, M.; Kuhness, D.; Wagner, M.; Surnev, S.; Negreiros, F. R.; Sementa, L.; Barcaro, G.; Vobornik, I.; Fortunelli, A.; Netzer, F. P. ACS Nano 2014, 8, 3947.
doi: 10.1021/nn500867y |
[1] | 王艺蒙, 张申平, 葛宇, 王臣辉, 胡军, 刘洪来. 多孔双金属氧化物/碳复合光催化剂对四环素的高效光催化降解[J]. 物理化学学报, 2020, 36(8): 1905083 - . |
[2] | 邢伟男, 倪良, 颜学升, 刘馨琳, 罗莹莹, 逯子扬, 闫永胜, 霍鹏伟. C@CdS/埃洛石纳米管复合光催化剂一步热解法的制备及光降解性能[J]. 物理化学学报, 2014, 30(1): 141 -149 . |
|