Citation: Ruiyang Zhang, Wenchao Wan, Dawei Li, Fan Dong, Ying Zhou. Three-dimensional MoS2/reduced graphene oxide aerogel as a macroscopic visible-light photocatalyst[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(2): 313-320. doi: 10.1016/S1872-2067(16)62568-8
三维二硫化钼/还原氧化石墨烯气凝胶用作宏观可见光催化剂
本文以钼酸铵为钼源,硫脲为硫源和还原剂,同时加入氧化石墨烯及其还原剂氨水,通过一步水热法制备出二硫化钼/还原氧化石墨烯(MoS2/RGO)水凝胶.最后通过冷冻干燥得到MoS2/RGO气凝胶.经光催化测试发现其产氢达到38.9 μmol/g,光还原Cr(VI)达到92%,明显高于MoS2粉体.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见-近红外吸收光谱(UV-Vis-NIR)及红外光谱(FTIR)等手段研究了其光催化性能提高的原因.
XRD测试显示,过量的NH4+离子插入到MoS2层与层之间增加了(002)面的晶面间距;SEM观察到在形成气凝胶后,MoS2从粉末的片状转变成花状,这是因为氧化石墨烯上的含氧官能团促进MoS2成核同时限制其生长导致的;TEM观察到MoS2上存在大量的脱节和扭曲,这是由于过量硫脲阻碍了MoS2晶体的取向生长而产生缺陷;XPS发现,除了形成MoS2之外,还形成了MoO2,同时大量的暴露边缘导致不饱和硫产生;FTIR表明MoS2与RGO之间通过氢键链接在一起;UV-Vis-NIR吸收光谱显示,MoS2/RGO气凝胶在可见光区具有很强的吸收,这是黑色的RGO以及光在花状结构的不断反射共同作用导致的.
综合以上结果,我们提出了MoS2/RGO光催化性能增强的机理.首先,三维的气凝胶网状结构以及花状结构的MoS2所带来的高比表面积(599.7 m2/g)使得材料对H+和Cr(VI)吸附量增加;其次,黑色的RGO以及入射光在花状结构层片间的不断反射增加了MoS2/RGO气凝胶对可见光的吸收;最后,RGO本身的高导电性促进了光生电子-空穴有效分离,电子通过RGO快速转移到材料表面参与光催化反应.因此,将MoS2负载在RGO上可提高光催化效率.另外,低密度的MoS2/RGO气凝胶(56.1 mg/cm3)可以有效吸附有机溶剂且容易回收.综上所述,本文制备的MoS2/RGO气凝胶光催化材料在环境与能源方面表现出潜在的应用前景.
-
关键词:
- 二硫化钼/石墨烯气凝胶
- / 复合材料
- / 光催化
- / 可见光
- / 吸附
English
Three-dimensional MoS2/reduced graphene oxide aerogel as a macroscopic visible-light photocatalyst
-
-
[1] X. Zhang, X. F. Qiao, W. Shi, J. B. Wu, D. S. Jiang, P. H. Tan, Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 2757-2785.
-
[2] Y. G. Li, Y. L. Li, C. M. Araujo, W. Luo, R. Ahuja, Catal. Sci. Technol., 2013, 3, 2214-2220.
-
[3] W. O. Winer, Wear, 1967, 10, 422-452.
-
[4] Y. G. Li, H. L. Wang, L. M. Xie, Y. Y. Liang, G. S. Hong, H. J. Dai, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 7296-7299.
-
[5] F. Zhang, Y. B. Tang, H. Liu, H. Y. Ji, C. L. Jiang, J. Zhang, X. L. Zhang, C. S. Lee, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 4691-4699.
-
[6] Q. Liu, X. L. Li, Q. He, A. Khalil, D. B. Liu, T. Xiang, X. J. Wu, L. Song, Small, 2015, 11, 5556-5564.
-
[7] Q. Z. Wang, G. X. Yun, Y. Bai, N. An, J. H. Lian, H. H. Huang, B. T. Su, Appl. Surf. Sci., 2014, 313, 537-544.
-
[8] Y. F. Zhao, X. Q. Xie, J. Q. Zhang, H. Liu, H. J. Ahn, K. N. Sun, G. X. Wang, Chem. Eur, J., 2015, 21, 15908-15913.
-
[9] J. F. Xie, H. Zhang, S. Li, R. X. Wang, X. Sun, M. Zhou, J. F. Zhou, X. W. Lou, Y. Xie, Adv. Mater., 2013, 25, 5807-5813.
-
[10] X. Li, L. Zhang, X. B. Zang, X. M. Li, H. W. Zhu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 10866-10873.
-
[11] F. Carraro, L. Calvillo, M. Cattelan, M. Favaro, M. Righetto, S. Nappini, I. Pis, V. Celorrio, D. J. Fermin, A. Martucci, S. Agnoli, G. Granozzi, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 25685-25692.
-
[12] Y. Gao, C. L. Chen, X. L. Tan, H. Xu, K. Zhu, J. Colloid. Interface Sci., 2016, 476, 62-70.
-
[13] K. Chang, Z. W. Mei, T. Wang, Q. Kang, S. X. Ouyang, J. H. Ye, ACS Nano, 2014, 8, 7078-7087.
-
[14] R. Y. Zhang, W. C. Wan, L. J. Qiu, Y. Zhou, Mater. Lett., 2016, 181, 321-324.
-
[15] W. C. Wan, R. Y. Zhang, W. Li, H. Liu, Y. H. Lin, L. N. Li, Y. Zhou, Environ. Sci.:Nano, 2016, 3, 107-113.
-
[16] W. C. Wan, F. Zhang, S. Yu, R. Y. Zhang, Y. Zhou, New J. Chem., 2016, 40, 3040-3046.
-
[17] W. J. Liu, J. Y. Cai, Z. X. Ding, Z. H. Li, Appl. Catal. B, 2015, 174, 421-426.
-
[18] Y. Y. Fan, W. G. Ma, D. X. Han, S. Y. Gan, X. D. Dong, L. Niu, Adv. Mater., 2015, 27, 3767-3773.
-
[19] W. C. Wan, S. Yu, F. Dong, Q. Zhang, Y. Zhou, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 7823-7829.
-
[20] D. N. H. Tran, S. Kabiri, T. R. Sim, D. Losic, Environ. Sci.:Water Res. Technol., 2015, 1, 298-305.
-
[21] E. W. Ong, J. Eckert, L. A. Dotson, W. S. Glaunsinger, Chem. Mater., 1994, 6, 1946-1954.
-
[22] S.X. Min, G. X. Lu, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 25415-25424.
-
[23] T. Bao, W. Y. Yin, X. P. Zheng, X. Zhang, J. Yu, X. H. Dong, Y. Yong, F. P. Gao, L. Yan, Z. J. Gu, Y. L. Zhao, Biomaterials, 2016, 76, 11-24.
-
[24] Y. Yan, X. M. Ge, Z. L. Liu, J. Y. Wang, J. M. Lee, X. Wang, Nanoscale, 2013, 5, 7768-7771.
-
[25] Y. H. Chang, R. D. Nikam, C. T. Lin, J. K. Huang, C. C. Tseng, C. L. Hsu, C. C. Cheng, C. Y. Su, L. J. Li, D. H. C. Chua, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 17679-17685.
-
[26] Y. Yan, B. Y. Xia, X. M. Ge, Z. L. Liu, J. Y. Wang, X. Wang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 12794-12798.
-
[27] H. W. Nesbitt, I. J. Muir, Geochim. Cosmochim. Acta, 1994, 58, 4667-4679.
-
[28] C. S. Sha, B. Lu, H. Y. Mao, J. P. Cheng, X. H. Pan, J. G. Lu, Z. Z. Ye, Carbon, 2016, 99, 26-34.
-
[29] D. M. Sim, M. Kim, S. M. Yim, M. J. Choi, J. Choi, S. H. Yoo, Y. S. Jung, ACS Nano, 2015, 12, 12115-12123.
-
[30] Y. Bai, L. Q. Ye, L. Wang, X. Shi, P. Q. Wang, W. Bai, P. K. Wong, Appl. Catal. B, 2016, 194, 98-104.
-
[31] H. W. Huang, X. Han, X. W. Li, S. C. Wang, P. K. Chu, Y. H. Zhang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 482-492.
-
[32] Y. Zhou, X. J. Zhang, Q. Zhang, F. Dong, F. Wang, Z. Xiong, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 16623-16631.
-
[33] H. Q. Sun, G. L. Zhou, Y. X. Wang, A. Suvorova, S. B. Wang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 16745-16754.
-
[34] F. Dong, Q. Y. Li, W. D. Zhang, M. Y. Guan, W. K. Ho, Z. B. Wu, Mater. Chem. Phys., 2013, 142, 381-386.
-
[35] E. Parzinger, B. Miller, B. Blaschke, J. A. Garrido, J. W. Ager, A. Holleitner, U. Wurstbauer, ACS Nano, 2015, 11, 11302-11309.
-
[36] J. Xu, L. Wang, Y. F. Zhu, Langmuir, 2012, 28, 8418-8425.
-
[37] M. A. Worsley, S. J. Shin, M. D. Merrill, J. Lenhardt, A. J. Nelson, L. Y. Woo, A. E. Gash, T. F. Baumann, C. A. Orme, ACS Nano, 2015, 9, 4698-4705.
-
[38] J. Zhang, J. G. Yu, M. Jaroniec, J. R. Gong, Nano Lett., 2012, 12, 4584-4589.
-
[39] C. Zhou, Y. F. Zhao, L. Shang, R. Shi, L. Z. Wu, C. H. Tung, T. R. Zhang, Chem. Commun., 2016, 52, 8239-8242.
-
[40] H. Q. Sun, S. B. Wang, Energy Fuels, 2014, 28, 22-36.
-
[41] S. Z. Liu, H. Q. Sun, A. Suvorova, S. B. Wang, Chem. Eng. J., 2013, 229, 533-539.
-
[42] R. B. Jin, X. J. Jiang, Y. Y. Zhou, J. F. Zhao, Chin. J. Catal., 2016, 37, 760-768.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 7
- 文章访问数: 1949
- HTML全文浏览量: 316

下载: