Citation: Lina Kong, Xintong Zhang, Changhua Wang, Fangxu Wan, Lan Li. Synergic effects of CuxO electron transfer co-catalyst and valence band edge control over TiO2 for efficient visible-light photocatalysis[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(12): 2120-2131. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62959-0
基于CuxO电子转移助剂及TiO2价带边调控的协同效应驱动可见光催化
本文利用超声喷雾热解过氧钛酸和湿化学浸渍法制备了CuxO负载富氧型TiO2微球.采用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),N2吸附-脱附等温曲线,X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),紫外可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)等手段对CuxO负载富氧型TiO2微球的结构特征和光谱吸收性质进行系统研究.SEM,TEM和N2吸附/脱附等温曲线结果表明,CuxO负载富氧型TiO2微球是纳米颗粒紧凑堆叠的介孔微球,直径为200-2000 nm,Cu元素高度均匀分散于微球上.XRD和XPS分析表明,富氧缺陷TiO2微球相比参照TiO2微球具有更大的晶格参数,同时晶体中具有大量的过氧物种(Ti-O-O),证明了过氧缺陷的存在.UV-Vis-DRS和XPS的价带谱验证,富氧缺陷使得TiO2价带顶上移,提高了可见光吸收性能.鲁米诺化学发光(CL)探针实验进一步证明,表面负载的CuxO助剂将表面吸附氧高效还原为活性氧物种(O2·-和H2O2),提高了光生电子利用率.因此,CuxO负载富氧型TiO2微球表现出更快的可见光催化降解乙醛速率,分别为富氧型TiO2、非富氧型TiO2和CuxO-TiO2的8.6、13.0和11.0倍.并且,CuxO负载富氧型TiO2微球在可见光催化降解乙醛的五次循环实验中,活性基本保持不变.CuxO负载富氧型TiO2微球在模拟太阳光和UV光辐照下光催化降解乙醛速率相比富氧型TiO2微球也大幅提升,分别提升4.6和2.7倍.CuxO负载富氧型TiO2微球光催化性能增强归因于富氧缺陷和CuxO电子转移助催化剂的协同作用.其中,富氧缺陷使得TiO2价带边上移,拓宽可见光吸收范围,CuxO电子转移助剂引入界面电荷转移和多电子氧还原过程,加速光生电子利用率,促进光生电荷分离.该策略也为开发其他高效异质结光催化剂提供参考.
English
Synergic effects of CuxO electron transfer co-catalyst and valence band edge control over TiO2 for efficient visible-light photocatalysis
-
Key words:
- Visible light photocatalysis
- / TiO2
- / CuxO cocatalyst
- / Oxygen-excess defect
- / Porous microsphere
-
-
[1] A. Fujishima, X. T. Zhang, D. A. Tryk, Surf. Sci. Rep., 2008, 63, 515-582.
-
[2] L. Liu, X. B. Chen, Chem. Rev., 2014, 114, 9890-9918.
-
[3] A. Fujishima, X. T. Zhang, C. R. Chimie, 2006, 9, 750-760
-
[4] J. X. Low, B. Cheng, J. G. Yu, Appl. Surf. Sci., 2017, 392, 658-686. Graphical Abstract Chin. J. Catal., 2017, 38:2120-2131
-
[5] M. C. Wen, S. S. Zhang, W. R. Dai, G. S. Li, D. Q. Zhang, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2095-2102.
-
[6] M. H. N. Assadi, D. A. H. Hanaor, Appl. Surf. Sci., 2016, 387, 682-689.
-
[7] J. X. Low, J. G. Yu, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, Adv. Mater., 2017, 29, 1601694.
-
[8] J. Q. Wen, X. Li, W. Liu, Y. P. Fang, J. Xie, Y. H. Xu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2049-2070.
-
[9] Z. Wang, W. W. Wu, Q. Xu, G. D. Li, S. H. Liu, X. F. Jia, Y. Qin, Z. L. Wang, Nano Energy, 2017, 38, 518-525.
-
[10] W. T. Bi, X. G. Li, L. Zhang, T. Jin, L. D. Zhang, Q. Zhang, Y. Luo, C. Z. Wu, Y. Xie, Nat. Commun., 2015, 6, 8647.
-
[11] Q. Wang, T. Hisatomi, Q. X. Jia, H. Tokudome, M. Zhong, C. Z. Wang, Z. H. Pan, T. Takata, M. Nakabayashi, N. Shibata, Y. B. Li, I. D. Sharp, A. Kudo, T. Yamada, K. Domen, Nat. Mater., 2016, 15, 611-615.
-
[12] X. F. Wang, T. Y. Li, R. Yu, H. G. Yu, J. G. Yu, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 8682-8689.
-
[13] X. P. Han, J. N. Lü, L. Tian, L. R. Kong, X. M. Lu, Y. Mei, J. W. Wang, X. X. Fan, Chin. J. Catal., 2017, 38, 83-91.
-
[14] N. T. Nguyen, M. Altomare, J. E. Yoo, N. Taccardi, P. Schmuki, Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1501926(1-7).
-
[15] X. F. Wang, R. Yu, K. Wang, G. Q. Yang, H. G. Yu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2211-2218.
-
[16] C. Yang, B. Zhao, R. Gao, S. Y. Yao, P. Zhai, S. W. Li, J. Yu, Y. L. Hou, D. Ma, ACS Catal., 2017, 7, 5661-5667.
-
[17] J. Wang, B. Li, J. Z. Chen, N. Li, J. F. Zheng, J. H. Zhao, Z. P. Zhu, Appl. Surf. Sci., 2012, 259, 118-123.
-
[18] S. W. Zhang, H. C. Yang, H. H. Gao, R. Y. Cao, J. Z. Huang, X. J. Xu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 23635-23646.
-
[19] J. Q. Wen, J. Xie, Z. H. Yang, R. C. Shen, H. Y. Li, X. Y. Luo, X. B. Chen, X. Li, ACS Sustainable Chem. Eng., 2017, 5, 2224-2236.
-
[20] H. G. Yu, P. Xiao, P. Wang, J. G. Yu, Appl. Catal. B, 2016, 193, 217-225.
-
[21] Z. Y. Mao, J. J. Chen, Y. F. Yang, D. J. Wang, L. J. Bie, B. D. Fahlman, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 12427-12435.
-
[22] W. L. Ong, S. W. L. Ng, C. Zhang, M. H. Hong, G. W. Ho, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 13307-13315.
-
[23] L. L. Zhu, M. H. Hong, G. W. Ho, Nano Energy, 2015, 11, 28-37.
-
[24] M. Miyauchi, H. Irie, M. Liu, X. Q. Qiu, H. G. Yu, K. Sunada, K. Hash-imoto, J. Phys. Chem. Lett., 2016, 7, 75-84.
-
[25] Y. X. Liu, Z. L. Wang, W. X. Huang, Appl. Surf. Sci., 2016, 389, 760-767.
-
[26] Q. Q. Hu, J. Q. Huang, G. J. Li, Y. B. Jiang, H. Lan, W. Guo, Y. G. Cao, Appl. Surf. Sci., 2016, 382, 170-177.
-
[27] Q. Q. Hu, J. Q. Huang, G. J. Li, J. Chen, Z. J. Zhang, Z. H. Deng, Y. B. Jiang, W. Guo, Y. G. Cao, Appl. Surf. Sci., 2016, 369, 201-206.
-
[28] R. Michal, E. Dworniczek, M. Caplovicova, O. Monfort, P. Lianos, L. Caplovic, G. Plesch, Appl. Surf. Sci., 2016, 371, 538-546.
-
[29] Y. F. Li, W. P. Zhang, X. Shen, P. F. Peng, L. B. Xiong, Y. Yu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2229-2236.
-
[30] M. Liu, X. Q. Qiu, M. Miyauchi, K. Hashimoto, Chem. Mater., 2011, 23, 5282-5286.
-
[31] M. Liu, X. Q. Qiu, M. Miyauchi, K. Hashimoto, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 10064-10072.
-
[32] L. N. Kong, C. H. Wang, F. X. Wan, H. Zheng, X. T. Zhang, Appl. Surf. Sci., 2017, 396, 26-35.
-
[33] L. Q. Yang, J. F. Huang, L. Shi, L. Y. Cao, W. Zhou, K. Chang, X. G. Meng, G. G. Liu, Y. N. Jie, J. H. Ye, Nano Energy, 2017, 36, 331-340.
-
[34] X. B. Chen, L. Liu, P. Y. Yu, S. S. Mao, Science, 2011, 331, 746-750.
-
[35] A. Sinhamahapatra, J. P. Jeon, J. S. Yu, Energy Environ. Sci., 2015, 8, 3539-3544.
-
[36] X. Y. Pan, M. Q. Yang, X. Z. Fu, N. Zhang, Y. J. Xu, Nanoscale, 2013, 5, 3601-3614.
-
[37] L. N. Kong, Z. Q. Jiang, C. H. Wang, F. X. Wan, Y. Y. Li, L. Z. Wu, J. F. Zhi, X. T. Zhang, S. J. Chen, Y. C. Liu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 7752-7758.
-
[38] V. Etacheri, M. K. Seery, S. J. Hinder, S. C. Pillai, Adv. Funct. Mater., 2011, 21, 3744-3752.
-
[39] L. L. Tan, W. J. Ong, S. P. Chai, B. T. Goh, A. R. Mohamed, Appl. Catal. B, 2015,179, 160-170.
-
[40] S. B. Wang, L. Pan, J. J. Song, W. B. Mi, J. J. Zou, L. Wang, X. W. Zhang, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 2975-2983.
-
[41] H. Pan, J. Mater. Sci., 2015, 50, 4324-4329.
-
[42] L. N. Kong, C. H. Wang, H. Zheng, X. T. Zhang, Y. C. Liu, J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 16623-16632.
-
[43] D. S. Jung, T. H. Hwang, J. H. Lee, H. Y. Koo, R. A. Shakoor, R. Kahraman, Y. N. Jo, M. Park, J. W. Choi, Nano Lett., 2014, 14, 4418-4425.
-
[44] W. J. Wang, T. W. Ng, W. K. Ho, J. H. Huang, S. J. Liang, T. C. An, G. Y. Li, J. C. Yu, P. K. Wong, Appl. Catal. B, 2013, 129, 482-490.
-
[45] Y. N. Ko, S. B. Park, K. Y. Jung, Y. C. Kang, Nano Lett., 2013, 13, 5462-5466.
-
[46] Y. H. Cho, Y. N. Ko, Y. C. Kang, I. D. Kim, J. H. Lee, Sensors Actuat. B, 2014, 195, 189-196.
-
[47] J. K. Yang, X. T. Zhang, H. Liu, C. H. Wang, S. P. Liu, P. P. Sun, L. L. Wang, Y. C. Liu, Catal. Today, 2013, 201, 195-202.
-
[48] J. K. Yang, X. T. Zhang, C. H. Wang, P. P. Sun, L. L. Wang, B. Xia, Y. C. Liu, Solid State Sci., 2012, 14, 139-144.
-
[49] Q. L. Xu, J. G. Yu, J. Zhang, J. F. Zhang, G. Liu, Chem. Commun., 2015, 51, 7950-7953.
-
[50] Y. X. Liu, Z. L. Wang, W. X. Huang, Appl. Surf. Sci., 2016, 389, 760-767.
-
[51] M. S. Akple, J. X. Liu, Z. Y. Qin, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, J. G. Yu, S. W. Liu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2127-2134.
-
[52] Y. Zhang, L. Z. Wu, Q. H. Zeng, J. F. Zhi, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 16457-16462.
-
[53] M. Ilkaeva, I. Krivtsov, V. Avdin, S. A. Khainakov, J. R. García, Colloids Surf. A, 2014, 456, 120-128.
-
[54] R. Nakamura, A. Imanishi, K. Murakoshi, Y. Nakato, J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 7443-7450.
-
[55] W. Z. Fang, M. Y. Xing, J. L. Zhang, Appl. Catal. B, 2014, 160-161, 240-246.
-
[56] K. Li, S. M. Gao, Q. Y. Wang, H. Xu, Z. Y. Wang, B. B. Huang, Y. Dai, J. Lu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 9023-9030.
-
[57] W. Ho, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2109-2118.
-
[58] S. Z. Hu, F. Y. Li, Z. P. Fan, J. Zhang, Asia J. Chem., 2013, 25, 9169-9173.
-
[59] F. Bonino, A. Damin, G. Ricchiardi, M. Ricci, G. Spano, R. D. Aloisio, A. Zecchina, C. Lamberti, C. Prestipino, S. Bordiga, J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 3573-3583.
-
[60] Y. Zhang, Z. Y. Zhao, J. R. Chen, L. Cheng, J. Chang, W. C. Sheng, C. Y. Hu, S. S. Cao, Appl. Catal. B, 2015, 165, 715-722.
-
[61] J. Zou, J. C. Gao, Y. Wang, J. Photoch. Photobio. A, 2009, 202, 128-135.
-
[62] X. Q. Qiu, M. Miyauchi, K. Sunada, M. Minoshima, M. Liu, Y. Lu, D. Li, Y. Shimodaira, Y. Hosogi, Y. Kuroda, K. Hashimoto, ACS Nano, 2012, 6, 1609-1618.
-
[63] H. B. Feng, Y. P. Li, D. M. Luo, G. R. Tan, J. B. Jiang, H. M. Yuan, S. J. Peng, D. Qian, Chin. J. Catal., 2016, 37, 855-862.
-
[64] A. Naldoni, M. Allieta, S. Santangelo, M. Marelli, F. Fabbri, S. Cappelli, C. L. Bianchi, R. Psaro, V. Dal Santo, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 7600-7603.
-
[65] Y. Nosaka, S. Takahashi, H. Sakamoto, A. Y. Nosaka, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 21283-21290.
-
[66] T. Hirakawa, Y. Nosaka, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 15818-15823.
-
[67] M. C. Ramos, M. C. Torijas, A. N. Dίaz, Sensor. Actuat. B, 2001, 73, 71-75.
-
[68] D. Tsukamoto, A. Shiro, Y. Shiraishi, Y. Sugano, S. Ichikawa, S. Tanaka, T. Hirai, ACS Catal., 2012, 2, 599-603.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 1
- 文章访问数: 1418
- HTML全文浏览量: 156

下载: