一种可见光活性的等离子体纳米Au-Cu(I)@Na2Ti6O13光催化滤膜的制备和对乙醛的降解

杨静静 刘保顺 赵修建

引用本文: 杨静静,  刘保顺,  赵修建. 一种可见光活性的等离子体纳米Au-Cu(I)@Na2Ti6O13光催化滤膜的制备和对乙醛的降解[J]. 催化学报, 2017, 38(12): 2048-2055. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62954-1 shu
Citation:  Jingjing Yang,  Baoshun Liu,  Xiujian Zhao. A visible-light-active Au-Cu(I)@Na2Ti6O13 nanostructured hybrid pasmonic photocatalytic membrane for acetaldehyde elimination[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(12): 2048-2055. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62954-1 shu

一种可见光活性的等离子体纳米Au-Cu(I)@Na2Ti6O13光催化滤膜的制备和对乙醛的降解

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51772230,51461135004);湖北省对外科技合作项目(2017AHB059);日本学术振兴会外籍邀请研究员基金(L16531).

摘要: 室内环境的空气质量对人们生活和健康的影响很大.其中挥发性有机物(VOCs)如乙醛、甲醛、丙酮、苯和甲苯等是室内环境污染的主要来源之一,它们会引起机体免疫力水平失调,影响中枢神经功能,还可影响消化系统,严重时可损伤肝脏和造血功能等.因此,消除这些VOCs变得刻不容缓.
本文报道了一种新型等离子体纳米Au-Cu(I)@Na2Ti6O13光催化薄膜.钛酸盐材料容易制备,且具有良好的化学和机械性能,目前多应用于电容器、传感器和光催化领域.此薄膜采用水热法制备并进一步热处理得到,该法简单易操作,水热时间较短且成本低廉.另外通过热置沉积的方法分别将Au纳米颗粒和Cu(I)成功负载到Na2Ti6O13滤膜上.分别使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子光谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)和UV-Vis光谱仪研究了薄膜的形态结构、元素组成、晶相组成和光学性能.
SEM和TEM结果表明,Na2Ti6O13滤膜由超长的Na2Ti6O13纳米纤维组成.纳米纤维之间存在较大的孔,可以使空气自由通过.XRD,XPS和UV-Vis结果发现,Au纳米颗粒和铜纳米簇成功地负载在Na2Ti6O13滤膜上,且铜呈无定形态,价态为+1.相应的催化结果表明,在可见光照射下,相比于纯Na2Ti6O13滤膜,Au-Cu(I)@Na2Ti6O13滤膜显示出非常高的降解乙醛活性.结果发现,Na2Ti6O13滤膜的可见光活性随着负载的Au纳米颗粒含量的增加呈现先增加后降低的趋势,当Au纳米颗粒的含量为2.85 wt%时达到最大.使用超长Na2Ti6O13纳米纤维作为支撑材料,Au纳米颗粒的等离子体可见光吸附导致电子从Au纳米颗粒迁移到Na2Ti6O13的导带,并被表面负载的Cu(I)俘获,有效地避免了Na2Ti6O13中导带电子和留在Au纳米颗粒上空穴的复合,延长了电子和空穴的寿命,进而提高了滤膜的可见光催化活性.Na2Ti6O13滤膜可以有效地避免粉体在光催化反应过程中发生团聚,因而在实际应用过程中易分离,避免了二次污染,且可以循环使用,因此成本低,有望用作空气净化的功能材料.

English

    1. [1] X. F. Qian, D. T. Yue, Z. Y. Tian, M. Reng, Y. Zhu, M. Kan, T. Y. Zhang, Y. X. Zhao, Appl. Catal. B, 2016, 193, 16-21.

    2. [2] M. S. Kamal, S. A. Razzak, M. M. Hossain, Atmos. Environ., 2016, 140, 117-134.

    3. [3] J. Villanueva-Cab, S. R. Jang, A. F. Halverson, K. Zhu, A. J. Frank, Nano Lett., 2014, 14, 2305-2309.

    4. [4] Z. H. Fan, F. M. Meng, M. Zhang, Z. Y. Wu, Z. Q. Sun, A. X. Li, Appl. Surf. Sci., 2016, 360, 298-305.

    5. [5] M. S. Akple, J. X. Low, Z. Y. Qin, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, J. G. Yu, S. W. Liu, Chin J. Catal., 2015, 36, 2127-2134.

    6. [6] A. Subramanian, Z. H. Pan, H. F. Li, L. S. Zhou, W. F. Li, Y. C. Qiu, Y. J. Xu, Y. Hou, C. Muzi, Y. G. Zhang, Appl. Surf. Sci., 2017, 420, 631-637.

    7. [7] W. Zhou, W. Li, J. Q. Wang, Y. Qu, Y. Yang, Y. Xie, K. F. Zhang, L. Wang, H. G. Fu, D. Y. Zhao, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 9280-9283.

    8. [8] Z. H. Fan, F. M. Meng, M. Zhang, Z. Y. Wu, Z. Q. Sun, A. X. Li, Appl. Surf. Sci., 2016, 360, 298-305.

    9. [9] B. S. Liu, X. J. Zhao, J. G. Yu, A. Fujishima, K. Nakata, Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, 18, 31914-31923.

    10. [10] J. X. Low, J. G. Yu, Q. Li, B. Cheng, Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, 1111-1120.

    11. [11] Y. C. Pu, G. M. Wang, K. D. Chang, Y. C. Ling, Y. K. Lin, B. C. Fitzmorris, C. M. Liu, X. H. Lu, Y. X. Tong, J. Z. Zhang, Y. J. Hsu, Y. Li, Nano Lett., 2013, 13, 3817-3823.

    12. [12] L. F. Qi, J. G. Yu, G. Liu, P. K. Wong, Catal. Today, 2014, 224, 193-199.

    13. [13] B. S. Liu, X. J. Zhao, Appl. Surf. Sci., 2017, 399, 654-662.

    14. [14] A. Sandoval, C. Hernández-Ventura, T. E. Klimova, Fuel, 2017, 198, 22-30.

    15. [15] B. Barrocas, T. J. Entradas, C. D. Nunes, O. C. Monteiro, Appl. Catal. B, 2017, 218, 709-720.

    16. [16] M. Moniruddin, K. Afroz, Y. Shabdan, B. Bizri, N. Nuraje, Appl. Surf. Sci., 2017, 419, 886-892.

    17. [17] F. Li, P. H. Du, W. Liu, X. S. Li, H. D. Ji, J. Duan, D. Y. Zhao, Chem. Eng. J., 2018, 331, 685-694.

    18. [18] J. M. Byun, H. R. Choi, Y. D. Kim, T. Sekino, S. H. Kim, Appl. Surf. Sci., 2017, 415, 126-131.

    19. [19] K. Teshima, S. H. Lee, S. Murakoshi, S. Suzuki, K. Yubuta, T. Shishi-do, M. Endo, S. Oishi, Eur. J. Inorg. Chem., 2010, 2936-2940.

    20. [20] V. Štengl, S. Bakardjieva, J. Šubrt, E. Večerníková, L. Szatmary, M. Klementová, V. Balek, Appl. Catal. B, 2006, 63, 20-30.

    21. [21] C. Y. Xu, Q. Zhang, H. Zhang, L. Zhen, J. Tang, L. C. Qin, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 11584.

    22. [22] H. B. He, S. S. Xue, Z. Wu, C. L. Yu, K. Yang, G. M. Peng, W. Q. Zhou, D. H. Li, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1841-1850.

    23. [23] Y. C. Yao, X. R. Dai, X. Y. Hu, S. Z. Huang, Z. Jin, Appl. Surf. Sci., 2016, 387, 469-476.

    24. [24] E. Grabowska, M. Marchelek, T. Klimczuk, G. Trykowski, A. Zaleska-Medynska, J. Mol. Catal. A, 2016, 423, 191-206.

    25. [25] H. Zhang, G. Wang, D. Chen, X. J. Lv, J. Li, Chem. Mater., 2008, 20, 6543.

    26. [26] Y. L. Liu, W. Shu, Z. Y. Peng, K. Q. Chen, W. Chen, Catal. Today, 2013, 208, 28-34.

    27. [27] T. Xiong, H. J. Zhang, Y. X. Zhang, F. Dong, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2155-2163.

    28. [28] W. J. Fa, P. Wang, B. Yue, F. L. Yang. D. P. Li, Z. Zheng, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2186-2193.

    29. [29] J. X. Low, J. G. Yu, M. Jaroniec, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, Adv. Mater., 2017, 29, 1601694.

    30. [30] X. F. Wang, R. Yu, K. Wang, G. Q. Yang, H. G. Yu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2211-2218.

    31. [31] L. X. Liu, J. Yang, S. D. Liu, L. Bai, B. C. Liu, Q. Wang, G. G. Xu, P. Jing, S. L. Yu, J. Zhang, Catal. Commun., 2014, 54, 66-71.

    32. [32] T. H. Han, D. M. Zhou, H. G. Wang, Powder Technol., 2016, 301, 959-965.

    33. [33] R. A. Doong, S. M. Chang, C. W. Tsai, Appl. Catal. B, 2013, 129, 48-55.

    34. [34] M. Vithal, S. Rama Krishna, G. Ravi, S. Palla, R. Velchuri, S. Pola, Ceram. Int., 2013, 39, 8429-8439.

    35. [35] H. Irie, S. Miura, K. Kamiya, K. Hashimoto, Chem. Phys. Lett., 2008, 457, 202-205.

    36. [36] Y. Q. Wu, G. X. Lu, S. B. Li, Catal. Lett., 2009, 133, 97-105.

    37. [37] H. J. Choi, M. Kang, Int. J. Hydrogen Energy, 2007, 32, 3841-3848.

    38. [38] T. Sreethawong, S. Yoshikawa, Catal. Commun., 2005, 6, 661-668.

    39. [39] B. S. Liu, X. J. Zhao, K. Nakata, A. Fujishima, J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 4993-5000.

    40. [40] X. Q. Qiu, M. Miyauchi, K. Sunada, M. Minoshima, M. Liu, Y. Lu, D. Li, Y. Shimodaira, Y. Hosogi, Y. Kuroda, ACS Nano, 2012, 6, 1609-1618.

    41. [41] Y. Q. Wu, G. X. Lu, S. B. Li, Catal. Lett., 2009, 133, 97-105.

    42. [42] H. G. Yu, H. Irie, K. Hashimoto, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 6898-6899.

    43. [43] F. Amano, M. Nakata, A. Yamamoto, T. Tanaka, J. Phys. Chem. C, 2016, 120, 6467-6474.

    44. [44] Y. Zhou, C. H. Chen, N. N. Wang, Y. Y. Li, H. M. Ding, J. Phys. Chem. C, 2016, 120, 6116-6124.

    45. [45] C. Wang, Y. L. Wu, J. Lu, J. Zhao, J. Y. Cui, X. L. Wu, Y. S. Yan, P. W. Huo, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 23687-23697

    46. [46] L. Gomathi. Devi, R. Kavitha, Appl. Surf. Sci., 2016, 360, 601-622

    47. [47] S. G. Kumar, K. S. R. K. Rao, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 124-148.

    48. [48] M. Y. Wang, L. Sun, Z. Q. Lin, J. H. Cai, K. Y. Xie, C. J. Lin, Energy Environ. Sci., 2013, 4, 1211-1220.

    49. [49] M. Miyauchui, H. Irie, M. Liu, X. Qiu, H. Yu, K. Sunada, K. Hash-imoto, J. Phys. Chem. Lett., 2016, 7, 75-84.

    50. [50] Z. K. He, J. W. Fu, B. Cheng, J. G. Yu, S. W. Cao, Appl. Catal. B, 2017, 205, 104-111.

    51. [51] H. Junge, Z. Codolà, A. Kammer, N. Rocksrtoh, M. Karnahl, S. P. Luo, M. M. Pohl, J. Radnik, S. Gatla, S. Wohlrab, J. Lloret, M. Beller, J. Mol. Catal. A, 2014, 395, 449-456.

    52. [52] M. V. Dozzi, G. L. Chiarello, M. Pedroni, S. Livraghi, E. Giamello, E. Selli, Appl. Catal. B, 2017, 209, 417-428.

    53. [53] H. Irie, K. Kamiy, T. Shibanuma, S. Miura, D. A. Tryk, T. Yokoyama, K. Hashimoto, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 10761-10766.

    54. [54] Q. L. Jin, M. Fujishima, A. Iwaszuk, M. Nolan, H. Tada, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 23848-23857.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  1348
  • HTML全文浏览量:  96
文章相关
  • 收稿日期:  2017-10-01
  • 修回日期:  2017-10-31
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章