Citation: Tingting Yu, Lifen Liu, Fenglin Yang. Heterojunction between anodic TiO2/g-C3N4 and cathodic WO3/W nano-catalysts for coupled pollutant removal in a self-biased system[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(2): 270-277. doi: 10.1016/S1872-2067(16)62556-1
阳极TiO2/g-C3N4与阴极WO3/W纳米催化剂之间扩大的异质结自偏压系统去除污染物
我们研究组发展了一种在无光条件下的自偏压电化学燃料电池系统,异质结间的电子流动可活化氧气产生自由基,自由基可用于阳极污染物的降解,但阴极未降解污染物.本文在上述研究基础上,应用TiO2/g-C3N4异质结与WO3/W分别作为阳极与阴极催化剂,构建自偏压催化燃料电池系统,在无光条件下催化阳极与阴极之间自发电子转移,活化氧气产生自由基,同时实现低能耗阳极室内污染物如罗丹明B和三氯生的氧化,且电子用于阴极室内硝态氮的还原.
通过在空气中原位加热与氧化钨丝制得WO3/W阴极,由扫描电镜图可知在钨丝表面形成三氧化钨纳米粒子,此结构增大了催化剂的表面积以及催化剂与电解液的接触面积,有利于电荷转移.用循环伏安曲线(CV)与电流时间曲线(I-t)表征了电极的电化学性质.CV测试结果表明,相比于硫酸钠电解液,WO3/W阴极在含有硝态氮的电解液中存在还原峰,且紫外照射比无光条件下的电流略大,说明此电极在无光条件下可用于还原硝态氮,有光更利于激发催化剂产生电子与空穴降解和去除污染物.在硫酸钠电解液中,无光照条件下(同室),I-t曲线表明TiO2/g-C3N4相比于WO3/W电极可产生更大电流,因此选择TiO2/g-C3N4作为阳极,WO3/W作为阴极.在含污染物电解液中,无光照条件下,Pt片作为对电极时(同室),I-t曲线中的电流在曝气时比未曝气时小,说明电极上产生的部分电子用于活化氧气产生自由基,因此转移到外电路的电子减少,电流变小;相反,当TiO2/g-C3N4阳极置于阳极室,WO3/W阴极置于阴极室时(两室),阳极鼓入空气,阴极曝氮气时,电流比两室均未曝气时大,说明此系统有利于电子产生与转移,用于氧化还原去除污染物.相比于传统方法,此系统通过阳极室内曝空气与活化分子氧形成自由基,无需外加偏压,在有光与无光条件下,均可实现对阳极室与阴极室内不同污染物的同时去除或降解,同时提出了此系统中的降解机理.
English
Heterojunction between anodic TiO2/g-C3N4 and cathodic WO3/W nano-catalysts for coupled pollutant removal in a self-biased system
-
-
[1] Z. F. Bian, F. L. Cao, J. Zhu, H. X. Li, Environ. Sci. Technol., 2015, 49, 2418-2424.
-
[2] N. Miranda-García, S. Suárez, B. Sánchez, J. M. Coronado, S. Malato, M. I. Maldonado, Appl. Catal. B, 2011, 103, 294-301.
-
[3] M. F. Wu, Y. N. Jin, G. H. Zhao, M. F. Li, D. M. Li, Environ. Sci. Tech-nol., 2010, 44, 1780-1785.
-
[4] C. S. Pan, Y. F. Zhu, Environ. Sci. Technol., 2010, 44, 5570-5574.
-
[5] X. Hua, F. Teng, Y. X. Zhao, J. Xu, C. Y. Xu, Y. Yang, Q. Q. Zhang, S. Paul, Y. Zhang, M. D. Chen, X. D. Zhao, Water Res., 2015, 81, 366-374.
-
[6] A. Y. Zhang, W. K. Wang, D. N. Pei, H. Q. Yu, Water Res., 2016, 92, 78-86.
-
[7] J. Choi, S. Chan, H. Joo, H. Yang, F. K. Ko, Water Res., 2016, 101, 362-369.
-
[8] C. L. Wen, H. T. Zhang, Q. B. Bo, T. Z. Huang, Z. L. Lu, J. M. Lü, Y. Wang, Chem. Eng. J., 2015, 270, 405-410.
-
[9] S. Weon, W. Choi, Environ. Sci. Technol., 2016, 50, 2556-2563.
-
[10] Q. Yang, F. Chen, X. M. Li, D. B. Wang, Y. Zhong, G. M. Zeng, RSC Adv., 2016, 6, 60291-60307.
-
[11] C. L. Yu, G. Li, S. Kumar, K. Yang, R. C. Jin, Adv. Mater., 2014, 26, 892-898.
-
[12] X. H. Gao, H. B. Wu, L. X. Zheng, Y. J. Zhong, Y. Hu, X. W. D. Lou, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 5917-5921.
-
[13] H. Y. Li, S. Y. Gan, H. Y. Wang, D. X. Han, L. Niu, Adv. Mater., 2015, 27, 6906-6913.
-
[14] R. Li, Q. Y. Li, L. L. Zong, X. D. Wang, J. J. Yang, Electrochim. Acta, 2013, 91, 30-35.
-
[15] X. Feng, J. Shang, T. Zhu, Electrochim. Acta, 2016, 188, 752-756.
-
[16] Y. Li, B. Wen, W. H. Ma, C. C. Chen, J. C. Zhao, Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 5093-5099.
-
[17] F. Lin, D. E. Wang, Z. X. Jiang, Y. Ma, J. Li, R. G. Li, C. Li, Energy Envi-ron. Sci., 2012, 5, 6400-6406.
-
[18] H. B. Yu, S. Chen, X. Quan, H. M. Zhao, Y. B. Zhang, Environ. Sci. Technol., 2008, 42, 3791-3796.
-
[19] Z. H. Kang, C. H. A. Tsang, N. B. Wong, Z. D. Zhang, S. T. Lee, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 12090-12091.
-
[20] R. H. Liu, H. Huang, H. T. Li, Y. Liu, J. Zhong, Y. Y. Li, S. Zhang, Z. H. Kang, ACS Catal., 2014, 4, 328-336.
-
[21] A. Daya Mani, B. Rama Raju, N. Xanthopoulos, P. Ghosal, B. Sreedhar, C. Subrahmanyam, Chem. Eng. J., 2013, 228, 545-553.
-
[22] P. Sudhagar, I. Herraiz-Cardona, H. Park, T. Song, S. H. Noh, S. Gimenez, I. M. Sero, F. Fabregat-Santiago, J. Bisquert, C. Terashima, U. Paik, Y. S. Kang, A. Fujishima, T. H. Han, Electrochim. Acta, 2016, 187, 249-255.
-
[23] L. G. Xia, J. Bai, J. H. Li, Q. Y. Zeng, X. J. Li, B. X. Zhou, Appl. Catal. B, 2016, 183, 224-230.
-
[24] T. T. Yu, L. F. Liu, L. Li, F. L. Yang, Electrochim. Acta, 2016, 210, 122-129.
-
[25] Q. P. Chen, J. H. Li, X. J. Li, K. Huang, B. X. Zhou, W. M. Cai, W. F. Shangguan, Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 11451-11458.
-
[26] W. K. Jo, T. S. Natarajan, Chem. Eng. J., 2015, 281, 549-565.
-
[27] Z. W. Tong, D. Yang, T. X. Xiao, Y. Tian, Z. Y. Jiang, Chem. Eng. J., 2015, 260, 117-125.
-
[28] G. X. Li, X. Nie, J. Y. Chen, Q. Jiang, T. C. An, P. K. Wong, H. M. Zhang, H. J. Zhao, H. Yamashita, Water Res., 2015, 86, 17-24.
-
[29] J. Wang, W. D. Zhang, Electrochim. Acta, 2012, 71, 10-16.
-
[30] Z. A. Huang, Q. Sun, K. L. Lü, Z. H. Zhang, M. Li, B. Li, Appl. Catal. B, 2015, 164, 420-427.
-
[31] X. B. Wei, C. L. Shao, X. H. Li, N. Lu, K. X. Y. Wang, Z. Zhang, Y. C. Liu, Nanoscale, 2016, 8, 11034-11043.
-
[32] S. F. Sun, M. X. Sun, Y. L. Fang, Y. Wang, H. P. Wang, RSC Adv., 2016, 6, 13063-13071.
-
[33] X. F. Chen, J. Wei, R. J. Hou, Y. Liang, Z. L. Xie, Y. G. Zhu, X. W. Zhang, H. T. Wang, Appl. Catal. B, 2016, 188, 342-350.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 6
- 文章访问数: 1531
- HTML全文浏览量: 207

下载: