Bi-O-Si键作为热电子传输通道增强SiO2@Bi微球的等离子体光催化效率

倪紫琳 张文东 蒋光明 王小平 鲁贞贞 孙艳娟 李欣蔚 张育新 董帆

引用本文: 倪紫琳,  张文东,  蒋光明,  王小平,  鲁贞贞,  孙艳娟,  李欣蔚,  张育新,  董帆. Bi-O-Si键作为热电子传输通道增强SiO2@Bi微球的等离子体光催化效率[J]. 催化学报, 2017, 38(7): 1174-1183. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62849-3 shu
Citation:  Zilin Ni,  Wendong Zhang,  Guangming Jiang,  Xiaoping Wang,  Zhenzhen Lu,  Yanjuan Sun,  Xinwei Li,  Yuxin Zhang,  Fan Dong. Enhanced plasmonic photocatalysis by SiO2@Bi microspheres with hot-electron transportation channels via Bi-O-Si linkages[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(7): 1174-1183. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62849-3 shu

Bi-O-Si键作为热电子传输通道增强SiO2@Bi微球的等离子体光催化效率

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21501016,51478070,21406022,21676037);国家重点研发计划(2016YFC0204702);重庆市高校创新团队建设计划(CXTDG201602014);重庆市自然科学基金(cstc2016jcyjA0481,cstc2015jcyjA0061);重庆市教委科技项目(KJ1600625,KJ1500637);交通运输部应用和基础科学项目(2015319814100);重庆工商大学创新型科研项目(yjscxx2016-060-36).

摘要: 具有等离子体效应的贵金属Au和Ag等常被用于修饰半导体光催化剂.非贵金属Bi成本低,来源丰富,最近被报道可以直接作为等离子体光催化剂应用于空气中NO净化.为了进一步提高Bi单质的光催化活性,需对其进行改性.SiO2的禁带宽度过大,不能单独作为光催化剂,但它的稳定性好,比表面积大,因而常作复合材料用于提高光催化剂的反应效率、稳定性及对反应物的吸附能力.目前,尚未见SiO2修饰Bi单质的相关报道.
本文通过溶剂热法制备了SiO2@Bi微球,并对其微结构进行了表征,对光催化氧化NO的反应过程进行了原位漫反射红外光谱(DRIFTS)分析,揭示了Bi-O-Si键在提升SiO2@Bi光催化氧化NO性能中的作用机制.结果显示,用SiO2纳米颗粒修饰Bi球,形成的Bi-O-Si键作为热电子传输通道,能显著提高Bi单质光催化氧化去除NO的能力.
扫描电镜、透射电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等表征结果表明,SiO2纳米颗粒负载于Bi球上,且SiO2@Bi内形成了Bi-O-Si键.作为光生热电子的传输通道,Bi-O-Si键能促进光生电子的转移和载流子的分离,提高活性自由基·OH和·O2-的产量,增强SiO2@Bi在紫外光下等离子体光催化氧化NO的能力.自由基捕获测试(ESR)表明,SiO2@Bi在光催化反应中产生的·OH和·O2-数量均明显高于单质Bi在反应中形成自由基的数量.原位DRIFTS发现,Bi-O-Si键能快速转移光生电子,从而有利于NO → NO2 → NO3-反应的进行.此外,SiO2@Bi的比表面积变大,因而对NO的吸附能力增强,同时促进了光催化反应.本文揭示了SiO2@Bi等离子体光催化性能增强的微观机制和光催化氧化NO的反应机理,为Bi基光催化剂的改性和应用提供了新的认识.

English

    1. [1] Y. Zheng, L. H. Lin, B. Wang, X. C. Wang, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 12868-12884.

    2. [2] X. P. Liu, H. Qin, W. L. Fan, Sci. Bull., 2016, 60, 645-655.

    3. [3] R. Y. Zhang, W. C. Wan, D. W. Li, F. Dong, Y. Zhou, Chin. J. Catal., 2017, 38, 313-320.

    4. [4] Z. L. Ni, Y. J. Sun, Y. X. Zhang, F. Dong, Appl. Surf. Sci., 2016, 365, 314-335.

    5. [5] L. Chen, J. He, Y. Liu, P. Chen, C. T. Au, S. F. Yin, Chin. J. Catal., 2016, 37, 780-791.

    6. [6] T. Xiong, H. J. Zhang, Y. X. Zhang, F. Dong, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2155-2163.

    7. [7] Q. Hao, C. X. Wang, H. Huang, W. Li, D. Y. Du, D. Han, T. Qiu, P. K. Chu, Sci. Rep., 2015, 5, 15288.

    8. [8] M. B. Gawande, A. Goswami, F. X. Felpin, T. Asefa, X. Huang, R. Sil-va, X. Zou, R. Zboril, R. S. Varma, Chem. Rev., 2016, 116, 3722-3811.

    9. [9] M. J. Kale, T. Avanesian, P. Christopher, ACS Catal., 2013, 4, 116-128.

    10. [10] X. J. Lang, X. D. Chen, J. C. Zhao, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 473-486.

    11. [11] X. Chen, H. Y. Zhu, J. C. Zhao, Z. F. Zheng, X. P. Gao, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 120, 5433-5436.

    12. [12] P. Christopher, H. L. Xin, S. L. Linic, Nat. Chem., 2011, 3, 467-472.

    13. [13] P. S. Archana, N. Pachauri, Z. C. Shan, S. L. Pan, A. Gupta, J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 15506-15516.

    14. [14] F. Dong, T. Xiong, Y. J. Sun, Z. W. Zhao, Y. Zhou, X. Feng, Z. B. Wu, Chem. Commun., 2014, 50, 10386-10389.

    15. [15] L. N. Zhou, C. Zhang, M. J. McClain, A. Manjavacas, C. M. Krauter, S. Tian, F. Berg, H. O. Everitt, E. A. Carter, P. Nordlander, N. J. Halas, Nano Lett., 2016, 16, 1478-1484.

    16. [16] F. Dong, Q. Y. Li, Y. J. Sun, W. K. Ho, ACS Catal., 2014, 4, 4341-4350.

    17. [17] Y. J. Sun, Z. W. Zhao, F. Dong, W. Zhang, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 10383-10390.

    18. [18] F. Dong, Z. W. Zhao, Y. J. Sun, Y. X. Zhang, S. Yan, Z. B. Wu, Environ. Sci. Technol., 2015, 49, 12432-12440.

    19. [19] I. Aharonovich, Y. Lifshitz, S. Tamir, Appl. Phys. Lett., 2007, 90, 263109/1-263109/3.

    20. [20] D. E. Zhang, J. B. Wu, B. P. Zhou, Y. Y. Hong, S. B. Li, W. Wen, Na-noscale, 2013, 5, 6167-6172.

    21. [21] J. Chen, S. H. Shen, P. H. Guo, M. Wang, J. Z. Su, D. M. Zhao, L. J. Guo, J. Mater. Res., 2014, 29, 64-70.

    22. [22] C. Liu, D. Yang, Y. Jiao, Y. Tian, Y. G. Wang, Z. Y. Jiang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 3824-3832.

    23. [23] R. Fateh, R. Dillert, D. Bahnemann, Langmuir, 2013, 29, 3730-3739.

    24. [24] X. X. Zhu, J. J. Xie, D. B. Lin, Z. Q. Guo, J. Xu, Y. Shi, F. Lei, Y. L. Wang, J. Alloys Compd., 2014, 582, 33-36.

    25. [25] X. M. Zhu, C. L. Mai, M. Y. Li, J. Non-Cryst. Solids, 2014, 388, 55-61.

    26. [26] Y. P. Zhang, Y. X. Yang, Y. W. Ou, W. Hua, J. H. Zheng, G. R. Chen, J. Am. Ceram. Soc., 2009, 92, 1881-1883.

    27. [27] Q. F. Han, J. Zhang, X. Wang, J. W. Zhu, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 7413-7421.

    28. [28] A. Thøgersen, J. H. Selj, E. S. Marstein, J. Electrochem. Soc., 2012, 159, D276-D281.

    29. [29] G. Hollinger, Y. Jugnet, P. Pertosa, T. M. Duc, Chem. Phys. Lett., 1975, 36, 441-445.

    30. [30] L. Pang, F. Teng, D. F. Yu, Y. X. Zhao, Q. Xu, J. Xu, Y. F. Zhai, J. Phys. Chem. A, 2016, 120, 2657-2666.

    31. [31] A. Wojtaszek, I. Sobczak, M. Ziolek, Catal. Today, 2012, 192, 149-153.

    32. [32] B. Azambre, L. Zenboury, A. Koch, J. V. Weber, J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 13287-13299.

    33. [33] Y. Liu, T. T. Gu, X. L.Weng, Y. Wang, Z. B. Wu, H. Q. Wang, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 16582-16592.

    34. [34] M. Kantcheva, A. S. Vakkasoglu, J. Catal., 2004, 223, 352-363.

    35. [35] K. Hadjiivanov, H. Knozinger, Phys. Chem. Chem. Phys., 2000, 2, 2803-2806.

    36. [36] Z. X. Zhang, M. X. Chen, Z. Jiang, W. F. Shangguan, J. Environ. Sci., 2010, 22, 1441-1446.

    37. [37] M. Kantcheva, E. Z. Ciftlikli, J. Phys. Chem. B, 2002, 106, 3941-3949.

    38. [38] M. Chen, Z. H. Wang, D. M. Han, F. B. Gu, G. S. Guo, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 12763-12773.

    39. [39] X. F. Chang, L. Xie, W. E. I. Sha, K. Lu, Q. Qi, C. Y. Dong, X. X. Yan, M. A. Gondal, S. G. Rashid, Q. I. Dai, W. Zhang, L. Q. Yang, X. O. Qiao, L. Mao, P. Wang, Appl. Catal. B, 2017, 201, 495-502.

    40. [40] F. Dong, T. Xiong, S. Yan, H. Q. Wang, Y. J. Sun, Y. X. Zhang, H. W. Huang, Z. B. Wu, J. Catal., 2016, 344, 401-410.

    41. [41] Y. H. Li, K. L. Lv, W. Ho, Z. W. Zhao, Y. Huang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 321-329.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  3
  • 文章访问数:  1686
  • HTML全文浏览量:  167
文章相关
  • 收稿日期:  2017-05-01
  • 修回日期:  2017-05-03
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