Citation: Yanhui Fu, Zhijun Li, Qinqin Liu, Xiaofei Yang, Hua Tang. Construction of carbon nitride and MoS2 quantum dot 2D/0D hybrid photocatalyst: Direct Z-scheme mechanism for improved photocatalytic activity[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(12): 2160-2170. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62911-5
2D/0D氮化碳与MoS2量子点直接Z型光催化剂的构筑及光催化性能
我们结合水热和微乳溶液法合成了直接Z型g-C3N4/MoS2 QDs(2D/0D)复合光催化材料,并采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM),透射电子显微镜(TEM)以及紫外可见漫反射光谱(UV-vis)等表征方法对该催化剂的结构特征、微观形貌和光学性能进行分析.并研究了g-C3N4/MoS2 QDs复合材料在可见光下的光催化性能.
XRD,XPS结果表明,复合材料由g-C3N4,MoS2组成.TEM和高斯分布结果表明,MoS2 QDs具有良好的分散性,其尺寸小于5 nm,g-C3N4纳米片由具有皱纹和不规则折叠结构的薄层组成,在g-C3N4/MoS2 QDs复合材料中可以看到少量的MoS2量子点沉积在片状g-C3N4的表面上.光催化性能测试结果进一步表明,7% MoS2 QDs/g-C3N4在可见光下具有优异的光催化性能:可见光照射12 min内,RhB的降解效率可达100%,降解速率常数是纯g-C3N4的8.8倍.
为了进一步研究g-C3N4/MoS2异质结光催化剂的光催化机理,用对苯醌、乙二胺四乙酸二钠和丁醇进行了自由基捕捉剂实验.结果表明,超氧自由基在降解有机染料过程中起主要作用,羟基自由基和空穴在增强的光催化性能中发挥相对较小的作用.通过光电流测试、材料价带导带位置计算以及·O2-和·OH定量实验结果并结合文献分析认为,MoS2量子点和g-C3N4之间优良的界面接触以及由直接Z型结构产生的光生电荷载体的有效分离使其光催化性能得到显著提升.
English
Construction of carbon nitride and MoS2 quantum dot 2D/0D hybrid photocatalyst: Direct Z-scheme mechanism for improved photocatalytic activity
-
Key words:
- Photocatalysis
- / Direct Z-scheme
- / Two-dimensional (2D)
- / Zero-dimensional (0D)
- / g-C3N4
- / MoS2 quantum dots
-
-
[1] J. X. Low, J. G. Yu, M. Jaroniec, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, Adv. Ma-ter., 2017, 29, 1601694.
-
[2] S. Sarina, E. Jaatinen, Q. Xiao, Y. M. Huang, P. Christopher, J. C. Zhao, H. Y. Zhu, J. Phys. Chem. Lett., 2017, 8, 2526-2534.
-
[3] S. W. Cao, J. G. Yu, J. Photochem. Photobiol. C, 2016, 27, 72-99.
-
[4] W. P. Zhang, X. Y. Xiao, Y. Li, X. Y. Zeng, L. L. Zheng, C. X. Wan, Appl. Surf. Sci., 2016, 389, 496-506.
-
[5] H. G. Yu, C. Cao, X. F. Wang, J. G. Yu, J. Phys. Chem. C, 2017, 121, 13191-13201.
-
[6] J. Q. Wen, J. Xie, X. B. Chen, X. Li, Appl. Surf. Sci., 2017, 391(B), 72-123.
-
[7] S. Sarina, H. Y. Zhu, Q. Xiao, E. Jaatinen, J. F. Jia, Y. M. Huang, Z. F. Zheng, H. S. Wu, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 2935-2940.
-
[8] S. W. Cao, J. X. Low, J. G. Yu, M. Jaroniec, Adv. Mater., 2015, 27, 2150-2176.
-
[9] S. W. Hu, L. W. Yang, Y. Tian, X. L. Wei, J. W. Ding, J. X. Zhong, P. K. Chu, J. Colloid Interf. Sci., 2014, 431, 42-49.
-
[10] J. X. Low, C. J. Jiang, B. Cheng, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, J. G. Yu, Small Methods, 2017, 1, 0080.
-
[11] K. Pramoda, U. Gupta, M. Chhetri, A. Bandyopadhyay, S. K. Pati, C. N. R. Rao, ACS Appl. Mater. Interf., 2017, 9, 10664-10672.
-
[12] Y. J. Cui, Y. X. Wang, H. Wang, F. Cao, F. Y. Chen, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1899-1906.
-
[13] K. Li, F. Y. Su, W. D. Zhang, Appl. Surf. Sci., 2016, 375, 110-117.
-
[14] J. X. Low, S. W. Cao, J. G. Yu, S. Wageh, Chem. Commun., 2014, 50, 10768-10777.
-
[15] W. C. Peng, X. Y. Li, Catal. Commun., 2014, 49, 63-67.
-
[16] W. L. Yu, J. X. Chen, T. T. Shang, L. F. Chen, L. Gu, T. Y. Peng, Appl. Catal. B, 2017, 219, 693-704.
-
[17] J. J. Liu, B. Cheng, J. G. Yu, Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, 18, 31175-31183.
-
[18] Y. S. Fu, T. Huang, L. L. Zhang, J. W. Zhu, X. Wang, Nanoscale, 2015, 7, 13723-13733.
-
[19] X. Cui, Y. F. Zheng, H. Y. Yin, X. C. Song, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 29354-29362.
-
[20] Q. L. Xu, B. Cheng, J. G. Yu, G. Liu, Carbon, 2017, 118, 241-249.
-
[21] W. Tian, N. X. Li, J. C. Zhou, Appl. Surf. Sci., 2016, 361, 251-258.
-
[22] S. E. Guo, Z. P. Deng, M. X. Li, B. J. Jiang, C. G. Tian, Q. J. Pan, H. G. Fu, Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 1830-1834.
-
[23] X. Jian, X. Liu, H. M. Yang, J. G. Li, X. L. Song, H. Y. Dai, Z. H. Liang, Appl. Surf. Sci., 2016, 370, 514-521.
-
[24] X. Tang, L. Ni, J. Han, Y. Wang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 447-457.
-
[25] H. Katsumata, T. Sakai, T. Suzuki, S. Kaneco, Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53, 8018-8025.
-
[26] L. F. Cui, X. Ding, Y. G. Wang, H. C. Shi, L. H. Huang, Y. H. Zuo, S. F. Kang, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 202-210.
-
[27] K. Sayama, R. Yoshida, H. Kusama, K. Okabe, Y. Abe, H. Arakawa, Chem. Phys. Lett., 1997, 277, 387-391.
-
[28] Q. W. Cao, Y. F. Zheng, H. Y. Yin, X. C. Song, J. Mater. Sci., 2016, 51, 4559-4565.
-
[29] T. M. Di, B. C. Zhu, B. Cheng, J. G. Yu, J. S. Xu, J. Catal., 2017, 352, 532-541.
-
[30] L. A. Gu, J. Y. Wang, Z. J. Zou, X. J. Han, J. Hazard. Mater., 2014, 268, 216-223.
-
[31] J. Li, M. Zhang, Q. Y. Li, J. J. Yang, Appl. Surf. Sci., 2017, 391(B), 184-193.
-
[32] H. J. Kong, D. H. Won, J. Kim, S. I. Woo, Chem. Mater., 2016, 28, 1318-1324.
-
[33] J. Luo, X. S. Zhou, L. Ma, X.Y. Xu, Appl. Surf. Sci., 2016, 390, 357-367.
-
[34] X.Y. Liu, H. Chen, R. L. Wang, Y. Q. Shang, Q. Zhang, W. Li, G. Z. Zhang, J. Su, C. T. Dinh, F. P. G. deArquer, J. Li, J. Jiang, Q. X. Mi, R. Si, X. P. Li, Y. H. Sun, Y. T. Long, H. Tian, E. H. Sargent, Z. J. Ning, Adv. Mater., 2017, 29, 1605646.
-
[35] X. F. Wang, J. J. Cheng, H. G. Yu, J. G. Yu, Dalton Trans., 2017, 46, 6417-6424.
-
[36] J. P. Zou, L. C. Wang, J. M. Luo, Y. C. Nie, Q. J. Xing, X. B. Luo, H. M. Du, S. L. Luo, S. L. Suib, Appl. Catal. B, 2016, 193, 103-109.
-
[37] W. Y. Gao, M. Q. Wang, C. X. Ran, L. Li, Chem. Commun., 2015, 51, 1709-1712.
-
[38] J. Schornbaum, B. Winter, S. P. Schiessl, F. Gannott, G. Katsukis, D. M. Guldi, E. Spiecker, J. Zaumseil, Adv. Funct. Mater., 2014, 24, 5798-5806.
-
[39] M. Y. Ye, Z. H. Zhao, Z. F. Hu, L. Q. Liu, H. M. Ji, Z. R. Shen, T. Y. Ma, Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 8407-8411.
-
[40] Z. Fang, Y. B. Wang, J. B. Song, Y. M. Sun, J. J. Zhou, R. Xu, H. W. Duan, Nanoscale, 2013, 5, 9830-9838.
-
[41] N. S. Arul, V. D. Nithya, RSC Adv., 2016, 6, 65670-65682.
-
[42] W. Z. Li, F. Li, X. Wang, Y. Tang, Y. Y. Yang, W. B. Gao, R. Li, Appl. Surf. Sci., 2017, 401, 190-197.
-
[43] H. Tang, S. F. Chang, G. G. Tang, W. Liang, Appl. Surf. Sci., 2017, 391(B), 440-448.
-
[44] P. G. De. Gennes, C. Taupin, J. Phys. Chem., 1982, 86, 2294-2304.
-
[45] N. Tian, H. W. Huang, Y. He, Y. X. Guo, T. R. Zhang, Y. H. Zhang, Dalton Trans., 2015, 44, 4297-4307.
-
[46] J. G. Yu, S. H. Wang, J. X. Low, W. Xiao, Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 16883-16890.
-
[47] X. Zhou, J. Zou, S. Zhang, M. Pan, W. Y. Gong, Chin. J. Catal., 2017, 38, 287-295.
-
[48] Q. Li, N. Zhang, Y. Yang, G. Z. Wang, D. H. L. Ng, Langmuir, 2014, 30, 8965-8972.
-
[49] Q. Gu, H. M. Sun, Z.Y. Xie, Z. W. Gao, C. Xue, Appl. Surf. Sci., 2017, 396, 1808-1815.
-
[50] M. L. Li, L. X. Zhang, X. Q. Fan, M. Y. Wu, Y. Y. Du, M. Wang, Q. L. Kong, L. L. Zhang, J. L. Shi, Appl. Catal. B, 2016, 190, 36-43.
-
[51] W. Gu, Y. H. Yan, C. L. Zhang, C. P. Ding, Y. Z. Xian, ACS Appl. Mater. Interf., 2016, 8, 11272-11279.
-
[52] C. K. Kamaja, R. R. Devarapalli, M. V. Shelke, ChemElectr℃hem, 2017, 4, 1984-1989.
-
[53] L. Yang, X. Z. Wang, Y. Liu, Z. F. Yu, R. Li, J. S. Qiu, Catal. Sci. Technol., 2017, 7, 693-702.
-
[54] X. H. Xia, Z. X. Zheng, Y. Zhang, X. J. Zhao, C. M. Wang, Int. J. Hydrogen Energ., 2014, 39, 9638-9650.
-
[55] W. L. Yu, D. F. Xu, T. Y. Peng, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 19936-19947.
-
[56] W. J. Liu, B. Lee, C. H. Naylor, H. S. Ee, J. Park, A. T. C. Johnson, R. Agarwal, Nano Lett., 2016, 16, 1262-1269.
-
[57] Y. Z. Hong, Y. H. Jiang, C. S. Li, W. Q. Fan, X. Yan, M. Yan, W. D. Shi, Appl. Catal. B, 2016, 180, 663-673.
-
[58] X. Wang, M. Z. Hong, F. W. Zhang, Z. Y. Zhuang, Y. Yu, ACS Sustain. Chem. Eng., 2016, 4, 4055-4063.
-
[59] Y. Z. Cao, Q. Li, W. Wang, RSC Adv., 2017, 7, 6131-6139.
-
[60] J. Li, E. Z. Liu, Y. N. Ma, X. Y. Hu, J. Wan, L. Sun, J. Fan, Appl. Surf. Sci., 2016, 364, 694-702.
-
[61] H. Tang, S. F. Chang, L. Y. Jiang, G. G. Tang, W. Liang, Ceram. Inter., 2016, 42, 18443-18452.
-
[62] K. L. He, J. Xie, X. Y. Luo, J. Q. Wen, S. Ma, X. Li, Y. P. Fang, X. C. Zhang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 240-252.
-
[63] Y. Wang, J. G. Yu, W. Xiao, Q. Li, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 3847-3855.
-
[64] H. Tang, Y. H. Fu, S.F. Chang, S.Y. Xie, G. G. Tang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 337-347.
-
[65] L. Ge, C. C. Han, X. L. Xiao, L. L. Guo, Int. J. Hydrogen Energ., 2013, 38, 6960-6969.
-
[66] S. F. Chen, Y. F. Hu, L. Ji, X. L. Jiang, X. L. Fu, Appl. Surf. Sci., 2014, 292, 357-366.
-
[67] Y. Feng, J. C. Shen, Q. F. Cai, H. Yang, Q. H. Shen, New J. Chem., 2015, 39, 1132-1138.
-
[68] D. Zhang, H. Tang, Y. Q. Wang, K. Q. Wu, H. Huang, G. G. Tang, J. Yang, Appl. Surf. Sci., 2014, 319, 306-311.
-
[69] Y. N. Liu, R. X. Wang, Z. K. Yang, H. Du, Y. F. Jiang, C. C. Shen, K. Liang, A. W. Xu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2135-2144.
-
[70] P. Zhou, J. G. Yu, M. Jaroniec, Adv. Mater., 2014, 26, 4920-4935.
-
[71] S. G. Kumar, K.S.R. K. Rao, Appl. Surf. Sci., 2017, 391(B), 124-148.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 6
- 文章访问数: 1700
- HTML全文浏览量: 176

下载: