Citation: Shafaq Sahar, Akif Zeb, Yanan Liu, Naseeb Ullah, Anwu Xu. Enhanced Fenton, photo‐Fenton and peroxidase-like activity and stability over Fe3O4/g-C3N4 nanocomposites[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(12): 2110-2119. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62957-7
Fe3O4/g-C3N4复合催化剂增强芬顿/光-芬顿和类过氧化酶反应的活性及稳定性
本文通过惰性氛围高温焙烧三聚氰胺制备了g-C3N4,再通过氯化铁和乙酸钠在乙醇中于180℃溶剂热反应,制备Fe3O4纳米粒子,最后通过静电自组装过程制备出Fe3O4/g-C3N4纳米复合材料.利用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子光谱(XPS)等手段验证其组成和结构.XRD结果表明,Fe3O4/g-C3N4复合材料中可以清晰看到Fe3O4和g-C3N4的衍射峰,说明这两种材料的晶相得以保持.SEM和TEM结果表明,Fe3O4纳米颗粒很好地附着在g-C3N4薄片上.XPS结果表明,氮化碳中存在典型的三种N峰;此外还存在铁的两种价态.光-芬顿活性测试中,相同条件下,Fe3O4/g-C3N4在60 min内将罗丹明B(RhB)几乎降解完全,而单组份的Fe3O4或g-C3N4对RhB的降解小于50%.可见,复合后的Fe3O4/g-C3N4光催化性能得到很大提升.单g-C3N4本身由于快速的电子空穴复合以及对双氧水的弱亲和力,因而对RhB降解效果差.单独的Fe3O4由于在中性或者碱性条件下反而会抑制光催化芬顿活性.对于制备的Fe3O4/g-C3N4复合材料,具有以下优点:(1)电子在Fe3+和g-C3N4的LUMO轨道上的转移降低了电子-空穴对的复合;(2)Fe3O4均匀分布在g-C3N4上,对于H2O2的吸附提供了有利的高比表面积;(3)Fe3O4和g-C3N4之间的界面相互作用使得Fe3O4的稳定性提高.通过降解RhB的动力学研究,得到反应速率为0.02 min-1,属准一级反应.分析检测结果表明,光-芬顿反应后,RhB分子被彻底矿化降解,没有中间产物生成,最终降解为CO2和水.
同时,通过对辣根过氧化物酶(HRP)模拟催化进行测试,以3,3',5,5'-四甲基联苯胺盐酸盐(TMB)作为基质,同时添加双氧水和Fe3O4/g-C3N4,在pH值为4.5条件下,TMB可以被有效氧化.实验表明,Fe3O4/g-C3N4添加量为25 mg/ml时,对TMB氧化性能最佳.复合催化剂还用于多巴胺的催化氧化反应.结果表明,多巴胺的氧化反应速率常数为1.21 min-1,属一级动力学反应.
总之,复合材料提高了RhB的光催化降解活性和稳定性;对TMB和HRP亲和性好,表现出高的类过氧化酶反应活性;有效的多巴胺氧化反应表明其有望用于生物基氧化反应中.实验结果表明,本文发展的Fe3O4/g-C3N4复合材料为其他类型复合材料的制备与应用提供了新的思路.
-
关键词:
- Fe3O4/g-C3N4纳米复合材料
- / 芬顿反应
- / 染料降解
- / 类辣根过氧化物酶活性
- / 辣根过氧化酶模拟反应
English
Enhanced Fenton, photo‐Fenton and peroxidase-like activity and stability over Fe3O4/g-C3N4 nanocomposites
-
-
[1] G. P. Dong, Y. H. Zhang, Q. W. Pan, J. R. Qiu, J Photochem. Photobiol. C, 2014, 20, 33-50.
-
[2] D. Rovnyak, M. Baldus, B. A. Itin, M. Bennati, A. Stevens, R. G. Grif-fin, J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 9817-9822.
-
[3] N. Mansor, A. B. Jorge, F. Cora, C. Gibbs, R. Jervis, P. F. McMillan, X. Wang, D. J. L Brett, J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 6831-6838.
-
[4] E. G. Gillan, Chem. Mater., 2000, 12, 3906-3912.
-
[5] A. Thomas, A. Fischer, F. Goettmann, M. Antonietti, J. O. Müller, R. Schlögl, J. M. Carlsson, J. Mater. Chem., 2008, 18, 4893-4908.
-
[6] A. Sattler, S. Pagano, M. Zeuner, A. Zurawski, D. Gunzelmann, J. Senker, K. Müller-Buschbaum, W. Schnick, Chem. Eur. J., 2009, 15, 13161-13170.
-
[7] F. H. Abd El-kader, M. A. Moharram, M. G. Khafagia, F. Mamdouh, Spectrochim. Acta. A, 2012, 97, 1115-1119.
-
[8] Y. P. Zang, L. P. Li, Y. Zuo, H. F. Lin, G. S. Li, X. F. Guan, RSC Adv., 2013, 3, 13646-13650.
-
[9] Y. J. Zhang, T. Mori, J. H. Ye, M. J. Antonietti, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 6294-6295.
-
[10] J. Q. Wen, J. Xie, X. B. Chen, X. Li, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 72-123.
-
[11] T. Giannakopoulou, I. Papailias, N. Todorova, N. Boukos, Y. Liu, J. G. Yu, C. Trapalis, Chem. Eng. J., 2017, 310, 571-580.
-
[12] Y. J. Cui, Y. X. Wang, H. Wang, F. Cao, F. Y. Chen, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1899-1906.
-
[13] C. Wang, L. Y. Hu, M. Y. Wang, Y. H. Ren, B. Yue, H. H. He, Chin. J. Catal., 2016, 37, 2003-2008.
-
[14] P. F. Zhang, J. Deng, J. Y. Mao, H. R. Li, Y. Wang, Chin. J. Catal., 2015, 36, 1580-1586.
-
[15] B. Yuan, J. X. Wei, T. J. Hu, H. B. Yao, Z. H. Jiang, Z. W. Fang, Z. Y. Chu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 1009-1016.
-
[16] Y. J. Cui, Chin. J. Catal., 2015, 36, 372-379.
-
[17] B. C. Zhu, P. F. Xia, W. K. Ho, J. G. Yu, Appl. Surf. Sci., 2015, 344, 188-195.
-
[18] W. L. Yu, D. F. Xu, T. Y. Peng, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 19936-19947.
-
[19] W. L. Yu, J. X. Chen, T. T. Shang, L. F. Chen, L. Gu, T. Y. Peng, App. Catal. B, 2017, 219, 693-704.
-
[20] L. Liu, J. X. Wang, C. Y. Wang, G. X. Wang, App. Surf. Sci., 2016, 390, 303-310.
-
[21] T. M. Di, B. C. Zhu, B. Cheng, J. G. Yu, J. S. Xu, J. Catal., 2017, 352, 532-541.
-
[22] J. S. Mu, J. Li, X. Zhao, E. C. Yang, X. J. Zhao, RSC Adv., 2016, 6, 35568-35576.
-
[23] C. G. Liu, X. T. Wu, X. F. Li, X. G. Zhang, RSC Adv., 2014, 4, 62492-62498.
-
[24] Y. N. Liu, R. X. Wang, Z. Yang, H. Du, Y. F. Jiang, C. Shen, K. Liang, A. W. Xu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2135-2144.
-
[25] S. Q. Huang, Y. G. Xu, M. Xie, H. Xu, M. Q. He, J. X. Xia, J. Y. Huang, H. M. Li, Colloids Surf. A, 2015, 478, 71-80.
-
[26] J. Park, K. An, Y. Hwang, J. G. Park, H. J. Noh, J. Y. Kim, J. H. Park, N. M. Hwang, T. Hyeon, P. Je-Geun, H. J. Noh, Nat. Mater., 2004, 3, 891-895.
-
[27] Q. W. Chen, Y. T. Qian, Z. Y. Chen, Y. Xie, G. E. Zhou, Y. H. Zhang, Mater. Lett., 1995, 24, 85-87.
-
[28] Z. Q. He, C. Gao, M. Q. Qian, Y. Q. Shi, J. M. Chen, S. Song, Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53, 3435-3447.
-
[29] A. G. Gutierrez-Mata, S. Velazquez-Martínez, A. Álva-rez-Gallegos, M. Ahmadi, J. A. Hernández-Pérez, F. Ghanbari, Silva-Martínez, Int. J. Photoenergy, 2017, 8528063.
-
[30] S. S. Lin, M. D. Gurol, Environ. Sci. Technol., 1998, 32, 1417-1423.
-
[31] L. Han, L. X. Zeng, M. D. Wei, C. M. Li, A. H. Liu, Nanoscale, 2015, 7, 11678-11685.
-
[32] S. Wang, R. Cazelles, W. C. Liao, M. Vázquez-González, A. Zoabi, R. Abu-Reziq, I. Willner, Nano. Lett., 2017, 17, 2043-2048.
-
[33] X. C. Wang, K. Maeda, A. Thomas, K. Takanabe, G. Xin, J. M. Carls-son, K. Domen, M. Antonietti, Nat. Mater., 2009, 8, 76-80.
-
[34] Y. J. Chen, G. Xiao, T. S. Wang, Q. Y. Ouyang, L. H. Qi, Y. Ma, P. Gao, C. L. Zhu, M. S. Cao, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 13603-13608.
-
[35] Z. H. Pan, W. Ma, L. Wang, RSC Adv., 2016, 6, 114374-114382.
-
[36] N. Kitajima, S. Fukuzumi, Y. Ono, J. Phys. Chem., 1978, 82, 1505-1509.
-
[37] Y. J. Cui, Z. X. Ding, P. Liu, M. Antonietti, X. Z. Fu, X. C. Wang, Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14, 1455-1462.
-
[38] C. H. Weng, Y. T. Lin, C. K. Chang, N. Liu, Ultrason. Sonochem., 2013, 3, 970-977.
-
[39] Y.T. Lin, C.H. Weng, F.Y. Chen, Sep. Purif. Technol., 2008, 64, 26-30.
-
[40] K. G. Qu, P. Shi, J. S. Ren, X. G. Qu, Chem. Eur. J., 2014, 20, 7501-7506.
-
[41] A. Zeb, X. Xie, A. B. Yousaf, M. Imran, T. Wen, Z. Wang, H. L. Guo,Y. F. Jiang, I. A. Qazi, A. W. Xu, Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 30126-30132.
-
[42] W. P. Kwan, B. M. Voelker, Environ. Sci. Technol., 2004, 38, 3425-3431.
-
[43] E. G. Garrido-Ramirez, B. K. G. Theng, M. L. Mora, Appl. Clay Sci., 2010, 47, 182-192.
-
[44] J. S. Mu, J. Li, X. Zhao, E. C. Yang, X. J. Zhao, RSC Adv., 2016, 6, 35568-35576.
-
[45] N. Wang, Z. W. Han, H. Fan, S. Y. Ai, RSC Adv., 2015, 5, 91302-91307.
-
[46] Y. H. Huang, J. H. Chen, X. Sun, Z. B. Su, S. R. Hu, W. Weng, Y. Huang, W. B. Wu, S. H. Ya, RSC Adv., 2015, 5, 82623-82630.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 5
- 文章访问数: 1354
- HTML全文浏览量: 137

下载: