Citation: Lijuan Deng, Yi Xie, Gaoke Zhang. Synthesis of C-Cl-codoped titania/attapulgite composites with enhanced visible-light photocatalytic activity[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(2): 379-388. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62774-8
C-Cl共掺杂TiO2/凹凸棒复合催化剂的制备及其可见光催化性能
针对上述这些问题,我们在本研究中设计了一种简便易行的溶胶凝胶法,在较低的温度(70℃)下合成了非金属C-Cl共掺杂的TiO2/凹凸棒(TiO2/ATT)复合催化剂.XRD及HRTEM分析证明,通过调节反应溶液的pH可以分别合成含锐钛矿/金红石、锐钛矿/金红石/板钛矿的两相和三相的混合相TiO2,且锐钛矿/金红石比例可以通过改变pH而进行调节.XPS分析证明,C和Cl同时成功掺进TiO2/ATT复合催化剂.UV-Vis漫反射结果显示,非金属C和Cl的掺杂使得所合成复合催化剂的光吸收性能明显拓展到可见光区,因而可以充分利用可见光能进行有机污染物催化降解,而ATT作为TiO2的载体,减少了TiO2使用量,改善了TiO2的表面特性和孔结构,且有利于光催化剂的回收利用.
以酸性红G为目标有机污染物,在可见光照射下对复合催化剂的可见光催化活性进行了测试.结果表明,当合成反应体系的pH值为3.0时,所获得的锐钛矿/金红石/板钛矿三相TiO2/ATT复合催化剂具有良好的可见光吸收特性,其可见光催化活性远远高于市售P25型TiO2,对难降解的酸性红溶液G具有优异的脱色效果和良好的TOC去除性能.循环光催化实验和FTIR表征结果表明,在5次循环利用后,TiO2/ATT复合催化剂仍表现出很高的催化活性,表明其稳定性优异.荧光分析和自由基捕获实验表明,光催化降解反应中的主要活性物种是羟基自由基、空穴和超氧自由基.
TiO2/ATT复合催化剂高效稳定的可见光催化性能主要归因于:(1)非金属C和Cl的共掺杂改善了其可见光吸收性能;(2)催化剂中的TiO2由金红石、锐钛矿和板钛矿混合相组成,有利于抑制光生载流子的复合;(3)多孔结构的ATT作为载体提高了TiO2的比表面积,增加了反应活性位,同时改善了孔结构,从而有利于模拟有机污染物(酸性红G)分子的吸附和降解,有利于反应产物扩散,从而提高了催化剂的可见光催化效率.
English
Synthesis of C-Cl-codoped titania/attapulgite composites with enhanced visible-light photocatalytic activity
-
Key words:
- Anatase
- / Rutile
- / Brookite
- / Attapulgite
- / C-Cl-codoped titania
- / Visible light
-
-
[1] D. D. Tang, G. K. Zhang, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 415-422.
-
[2] D. Lu, Z. Wan, G. K. Zhang, Appl. Surf. Sci., 2015, 358, 223-230.
-
[3] Z. Wan, G. K. Zhang, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 16737-16745.
-
[4] Q. L. Xu, J. G. Yu, J. Zhang, J. F. Zhang, G. Liu, Chem. Commun., 2015, 15, 7950-7953.
-
[5] X. Li, J. G. Yu, M. Jaroniec, Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 2603-36.
-
[6] H. J. Huang, D. Z. Li, Q. Lin, Y. Shao, W. Chen, Y. Hu, Y. B. Chen, X. Z. Fu, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 14264-14269.
-
[7] W. J. Zhou, H. Liu, J. Y. Wang, D. Liu, G. J. Du, J. Cui, ACS Appl. Ma-ter. Interfaces, 2010, 2, 2385-2392.
-
[8] Y. Du, D. D. Tang, G. K. Zhang, X. Y. Wu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2219-2228.
-
[9] H. Xu, L. Z. Zhang, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 1785-1790.
-
[10] S. Sakthivel, M. Janczarek, H. Kisch, J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 19384-19387.
-
[11] H. G. Yu, H. Irie, Y. Shimodaira, Y. Hosogi, Y. Kuroda, M. Miyauchi, K. Hashimoto, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 16481-16487.
-
[12] W. H. Jing, W. G. Wang, X, W. H. Xing, Chin. J. Catal., 2009, 30, 426-432.
-
[13] I. C. Kang, Q. W. Zhang, S. Yin, T. Sato, F. Saito, Appl. Catal. B, 2008, 80, 81-87.
-
[14] F. Chen, W. W. Zou, W. W. Qu, J. L. Zhang, Catal. Commun., 2009, 10, 1510-1513.
-
[15] J. Liu, G. K. Zhang, Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, 8178-8192.
-
[16] W. J. Zhang, S. L. Zhu, Y. Li, F. H. Wang, H. B. He, Chin. J. Catal., 2007, 28, 269-273.
-
[17] Y. Ma, G. K. Zhang, Chem. Eng. J., 2016, 288, 70-78.
-
[18] T. C. An, J. X. Chen, G. Y. Li, X. J. Ding, G. Y. Sheng, J. M. Fu, B. X. Mai, K. E. O'Shea, Catal. Today, 2008, 139, 69-76.
-
[19] Y. S. Liu, P. Liu, Z. X. Su, F. S. Li, F. S. Wen, Appl. Surf. Sci., 2008, 255, 2020-2025.
-
[20] H. Z. Zhang, J. F. Banfield, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 6621-6629.
-
[21] G. K. Zhang, F. S. He, X. Zou, J. Gong, H. B. Tu, H. Zhang, Q. Zhang, Y. Liu, J. Alloys Compd., 2007, 427, 82-86.
-
[22] A. Pottier, C. Chanéac, E. Tronc, L. Mazerolles, J. P. Jolivet, J. Mater. Chem., 2001, 11, 1116-1121.
-
[23] A. D. Paola, M. Bellardita, R. Ceccato, L. Palmisano, F. Parrino, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 15166-15174.
-
[24] H. Q. Wang, Z. B. Wu, Y. Liu, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 13317-13324.
-
[25] X. X. Wang, S. Meng, X. L. Zhang, H. T. Wang, W. Zhong, Q. G. Du, Chem. Phys. Lett., 2007, 444, 292-296.
-
[26] F. Dong, H. Wang, Z. B. Wu, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 16717-16723.
-
[27] H. Xu, L. Z. Zhang, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 11534-11541.
-
[28] X. K. Wang, C. Wang, W. Q. Jiang, W. L. Guo, J. G. Wang, Chem. Eng. J., 2012, 189, 288-294.
-
[29] J. G. Yu, G. H. Wang, B. Cheng, M. H. Zhou, Appl. Catal. B, 2007, 69, 171-180.
-
[30] H. M. Luo, T. Takata, Y. G. Lee, J. F. Zhao, K. Domen, Y. S. Yan, Chem. Mater., 2004, 16, 846-849.
-
[31] Q. Xiao, J. Zhang, C. Xiao, Z. C. Si, X. K. Tan, Sol. Energy, 2008, 82, 706-713.
-
[32] S. J. Rigby, A. H. R. Al-Obaidi, S. K. Lee, D. McStay, P. K. J. Robertson, Appl. Surf. Sci., 2006, 252, 7948-7952.
-
[33] R. Z. Ma, K. Fukuda, T. Sasaki, M. Osada, Y. Bando, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 6210-6214.
-
[34] V. Belessi, D. Lambropoulou, I. Konstantinou, A. Katsoulidis, P. Pomonis, D. Petridis, T. Albanis, Appl. Catal. B., 2007, 73, 292-299.
-
[35] A. Nakahira, T. Kubo, Y. Yamasaki, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2010, 2, 1136-1140.
-
[36] J. G. Yu, L. F. Qi, M. Jaroniec, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 13118-13125.
-
[37] C. Nasr, K. Vinodgopal, L. Fisher, S. Hotchandani, A. K. Chatto-padhyay, P. V. Kamat, J. Phys. Chem., 1996, 100, 8436-8442.
-
[38] J. Jang, H. S. Lee, W. S. Lyoo, Fiber. Polym., 2007, 8, 19-24.
-
[39] J. Bandara, J. A. Mielczarski, J. Kiwi, Langmuir, 1999, 15, 7680-7687.
-
[40] N. Biswas, S. Umapathy, J. Phys. Chem. A, 2000, 104, 2734-2745.
-
[41] D. C. Hurum, A. G. Agrios, K. A. Gray, T. Rajh, M. C. Thurnauer, J. Phys. Chem. B, 2003, 107, 4545-4549.
-
[42] G. Liu, C. H. Sun, L. Cheng, Y. G. Jin, H. F. Lu, L. Z. Wang, S. C. Smith, G. Q. Lu, H. M. Cheng, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 12317-12324.
-
[43] S. C. Yan, Z. S. Li, Z. G. Zou, Langmuir, 2010, 26, 3894-3901.
-
[44] G. Liu, L. Z. Wang, C. H. Sun, X. X. Yan, X. W. Wang, Z. G. Chen, S. C. Smith, H. M. Cheng, G. Q. Lu, Chem. Mater., 2009, 21, 1266-1274.
-
[45] L. M. Yang, L. E. Yu, M. B. Ray, Environ. Sci. Technol., 2009, 43, 460-465.
-
[46] J. Yang, C. C. Chen, H. W. Ji, W. H. Ma, J. C. Zhao, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 21900-21907.
-
[47] S. K. Choi, S. Kim, S. K. Lim, H. Park, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 16475-16480.
-
[48] D. J. Yang, H. W. Liu, Z. F. Zheng, Y. Yuan, J. C. Zhao, E. R. Waclawik, X. B. Ke, H. Y. Zhu, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 17885-17893.
-
[49] L. F. Yin, J. F. Niu, Z. Y. Shen, J. Chen, Environ. Sci. Technol., 2010, 44, 5581-5586.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 3
- 文章访问数: 1502
- HTML全文浏览量: 138

下载: