CeTiO4/g-C3N4复合材料的制备及其高效的光催化染料降解性能

李中钦 陈小卫 王艳 程婷 黄毅 董鹏玉 王勿忧 张蓓蓓 奚新国

引用本文: 李中钦, 陈小卫, 王艳, 程婷, 黄毅, 董鹏玉, 王勿忧, 张蓓蓓, 奚新国. CeTiO4/g-C3N4复合材料的制备及其高效的光催化染料降解性能[J]. 无机化学学报, 2022, 38(1): 53-62. doi: 10.11862/CJIC.2022.009 shu
Citation:  Zhong-Qin LI, Xiao-Wei CHEN, Yan WANG, Ting CHENG, Yi HUANG, Peng-Yu DONG, Wu-You WANG, Bei-Bei ZHANG, Xin-Guo XI. Preparation of CeTiO4/g-C3N4 Composite with Efficient Photocatalytic Activity for Dye-Degradation[J]. Chinese Journal of Inorganic Chemistry, 2022, 38(1): 53-62. doi: 10.11862/CJIC.2022.009 shu

CeTiO4/g-C3N4复合材料的制备及其高效的光催化染料降解性能

    通讯作者: 陈小卫。E-mail: chenxw@ycit.edu.cn; 奚新国。E-mail: xxg@ycit.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 51772258

    住房和城乡建设部科学技术项目 2018-K1-004

    江苏省研究生科研与实践创新计划项目 SJCX19_1037

摘要: 采用简单固相法成功制备了CeTiO4/g-C3N4-x(CTO/CN-xx g为g-C3N4的添加量)复合材料,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N2吸附-脱附测试、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)及电化学测试对材料进行表征。研究发现:CeTiO4与g-C3N4层状纳米片紧密复合,并成功构建了界面异质结结构;形成CTO/CN-x复合相的光催化材料具有良好的可见光光响应性能,且光生空穴-电子对的分离和迁移率明显提高;通过太阳光模拟不同样品光催化降解有机污染物罗丹明B,降解140 min后复合材料CTO/CN-6表现出最高的光催化活性,反应速率常数为0.020 2 min-1。其活性增强的主要原因是异质结结构的构筑降低了CTO光生载流子的复合几率,提高了光生载流子的迁移速率。

English

  • 近年来,TiO2因其绿色环保、物理化学稳定、制备简单且成本低廉而备受关注,在涂料、传感器、太阳能电池、光催化等领域受到广泛关注[1-2]。CeO2本身在催化、电化学和光化学方面也有广泛的应用[3-5],由于Ce4+和Ce3+相互之间的电子转移,使其具有储放氧原子的能力。然而,由于TiO2的宽带隙和CeO2较差的热稳定性,使得它们在应用方面受到了限制。最近,有研究者认为在TiO2中引入Ce离子可以减小晶粒尺寸、增大比表面积、稳定锐钛矿相和降低带隙能[2, 6]。基于此,近年来双金属氧化物CeTiO4引起了研究者们越来越多的关注。

    据文献报道,CeTiO4的禁带宽度约为2.4 eV[7],光催化性能较差,因此提高其光催化性能成为一个研究重点。目前,改性策略主要集中在2个方面:一是对CeTiO4单元改性,通过控制形貌结构[8]和元素掺杂[9]改性,提高光催化性能;二是通过寻求有机或无机化合物与CeTiO4形成二元或多元复合异质结,提高光催化性能。如Hailili等[7]通过熔盐法制备了纳米棒、多面体和立方体3种不同形貌的CeTiO4,其中纳米棒状的CeTiO4显示最好的光催化活性,对一氧化碳和甲烷的量子效率分别为0.36% 和0.065%。Otsuka - Yao - Matsuo等[10]制备了Ce2Ti2O7、Ce2/3TiO3、Ce4Ti9O24、CeTiO4和CeTiO6等不同组分的复合氧化物,并分别与SrTiO3形成不同的光催化异质结复合材料。在可见光下降解亚甲基蓝(MB)结果显示,CeTiO4与SrTiO3形成的复合异质结提高了光生空穴-电子对的载流子分离效率,表现出最好的光催化活性。Qamaruddin等[11]将非金属S掺杂到CeTiO4中,形成了S-CeTiO4-x缺陷光催化材料,带隙值从3.0 eV降低到了2.5 eV,与原始的TiO2粒子相比,S-CeTiO4-x纳米杂化材料的光电流密度提高到了3倍以上,并在光催化分解水中表现出优异的性能。在这些策略中,复合异质结半导体材料被认为是通过电荷分离效率的提升而提高光催化活性的常用有效方法。

    同时,常见的半导体材料石墨氮化碳(g-C3N4)因具有适当的能带隙(约2.7 eV)[12]、合成简单、成本低和良好的物理化学稳定性,在光催化领域备受关注[13]。然而,体相g-C3N4存在比表面积小(约10 m2· g-1)、可见光利用率低、光生电子-空穴对复合率高等缺点,极大地限制了其光催化性能。因此,通过离子掺杂、贵金属修饰、与其他半导体材料复合异质结等方法来提高可见光驱动的光催化性能得到了大量的研究[14-16]。其中,构建g-C3N4的半导体异质结构、扩大光吸收范围和提升光生载流子分离效率,可以有效改善光催化性能,如g-C3N4/CeO2、g-C3N4/ TiO2、g-C3N4/ZnO[17]、g-C3N4/BiOCl[18]、g-C3N4/ZnWO4[19]、g-C3N4/CoTiO3[20]、g-C3N4/MoS2[21]、g-C3N4/Bi2WO6[22]等。

    然而,目前在光催化领域的研究中,CeTiO4所涉及的文献并不多[7, 10-11],且没有关于CeTiO4与g-C3N4复合异质结光催化材料的报道。CeTiO4与g-C3N4的导带及价带能级匹配,满足异质结形成条件。基于此,我们首次采用简单固相法成功制备了CeTiO4/g-C3N4复合异质结光催化材料,提高了光生载流子的分离和迁移效率,从而达到改善CeTiO4光催化性能的目的,并对所制备样品的形貌、结构、光吸收和电化学性能进行了表征分析。同时研究了复合光催化材料的光催化性能,并对其可能的光催化反应机理进行了分析。

    CeTiO4的制备:称取一定量的Ce(NO3)3·6H2O和TiO2并与一定量的KCl和LiCl(总混合熔盐质量是反应原料的20倍,KCl与LiCl的物质的量之比是40.8∶ 59.2)在玛瑙研钵中混合研磨3 h。然后,将混合物料置于坩埚中,在马弗炉中600 ℃空气气氛下灼烧10 h。待冷却至室温,用去离子水反复洗涤5次左右,再在80 ℃烘箱中过夜烘干,得到CeTiO4,记为CTO。

    CeTiO4/g - C3N4复合材料的制备:称取1.0 g CeTiO4分别与1.0、2.0、4.0、6.0、8.0 g三聚氰胺进行混合研磨,然后将所得混合物置于氧化铝坩埚中,在500 ℃下灼烧3 h,待冷却至室温后,用去离子水反复洗涤以去除杂质,再在烘箱中80 ℃下过夜烘干,得到CeTiO4/g-C3N4复合材料,记为CTO/CN-x(x g为三聚氰胺质量)。为便于实验比较,称取5 g三聚氰胺,按上述实验条件合成g-C3N4,记为CN。

    样品的X射线衍射(XRD)分析采用日本的Shimadzu XRD-6000型X射线衍射仪进行,Cu靶辐射(λ =0.154 1 nm),配有石墨单色镜,管压为40 kV,管流为30 mA,扫描速度为2 (°)·min-1,扫描角度为2θ=10°~80°。样品的形貌通过QUANTA200型扫描电镜(SEM,美国FEI公司)和JEM-2100型透射电镜(TEM,日本JEOL公司)表征,其中SEM与TEM的工作电压分别为5和200 kV。样品比表面和孔分布测试分析在Coulter SA 3100型N2吸附-脱附仪(美国贝克曼·库尔特公司)上进行,测试前在120 ℃下对样品进行脱气2 h,然后在液氮温度(77 K)下进行N2吸附-脱附曲线的测量。样品X射线光电子能谱图(XPS)通过ESCALAB250Xi型X射线电子能谱仪进行检测,其电子能量分析器的分析区域直径为0.02~8 mm, 连续可调;工作模式:固定分析器能量(CAE)和固定减速比(CRR);理论能量分辨:0.02~8 eV(CAE),0.02%~2.0%(CRR)。样品的光致发光光谱(PL)通过JASCO FP-6500型荧光光谱仪测试,激发波长为290 nm。样品的光谱响应特征在UV-3600 Plus型紫外可见分光光度计上(日本岛津公司)进行,以BaSO4做基线校正,测试范围:200~800 nm。

    自行搭建一套光催化反应装置,在模拟太阳光条件下降解罗丹明B(RhB)溶液,以测试光催化性能。其中光源为氙灯(300 W),距离液面高度20 cm,取0.100 0 g催化剂均匀分散在100.00 mL浓度为10 mg·L-1的RhB溶液中,采用循环冷却的方式保持反应器室温。光照前,将混合悬浮液在暗处搅拌吸附40 min,达到暗吸附平衡,再进行光催化反应,每20 min取样一次,每次取样4 mL,离心去除沉淀物,进行吸光度分析。

    图 1为样品的XRD图,CTO的衍射峰被认为是纯相的CeTiO4的特征峰,由于Ce2/3TiO3的有效氧化和所引入盐的逐步电离,CeTiO4得以成功合成,这与文献报道相一致[7]。在制备过程中,Ce2/3TiO3发生相变生成CTO,而不是形成复合氧化物CeO2-TiO2,这是因为其被Ce离子包围,促进了Ti—O—Ce键的形成。此外,由于该结构中Ti4+的量较大且其离子半径(68 pm)相对较小,Ti4+取代了部分Ce3+(94 pm)并阻碍其结晶成立方相。由CN衍射峰可以明显看出,在2θ=13.0°和27.4°处存在2个衍射峰,分别对应四方晶相g-C3N4的(100)和(002)晶面(PDF No.87-1526)。从复合的CTO/CN-x系列衍射峰分析得出,在CN含量较低时,(002)晶面衍射峰消失,这是因为CTO含量高,衍射峰强,从而覆盖了CN的衍射峰。有趣的是,在CTO/CN-x复合材料系列中(100)晶面衍射峰消失,这可能是因为CN被剥离成薄层纳米结构,这与文献报道一致[23]

    图 1

    图 1.  CTO、CN和CTO/CN-x的XRD图
    Figure 1.  XRD patterns of CTO, CN, and CTO/CN-x

    图 2a可知,CTO呈细小纳米颗粒状,颗粒团聚呈板结状和球颗粒状。从图 2b可以观察到,CN呈现明显的层状结构,大量CN纳米片重叠在一起。CTO/CN-6复合材料的形貌如图 2e所示,CTO纳米颗粒大量负载在CN层状纳米片上,这为形成有利于光生载流子分离的CTO/CN异质结结构创造了条件。通过TEM(图 2c)分析可知,CTO与CN形成了明显的异质结界面,二者紧密结合。图 2d上显示了CTO晶体和非晶态的CN,其中CTO的晶面间距为0.27 nm,对应CeO2的(200)晶面,CTO和CN间的紧密接触形成了界面。EDS(能量色散X射线谱)元素分布如图 2f~2j所示,结合TEM和XRD图可知,CTO/ CN-x异质结材料中含有Ce、O、Ti、C和N元素且分布均匀。

    图 2

    图 2.  (a) CTO和(b) CN的SEM图; (c、d) CTO/CN-6的TEM图和HRTEM图; (e) CTO/CN-6的SEM图; (f~j) CTO/CN-6的EDS映射图
    Figure 2.  SEM images of (a) CTO and (b) CN; (c, d) TEM and HRTEM images of CTO/CN-6; (e) SEM images of CTO/CN-6; (f-j) EDS mappings of CTO/CN-6

    图 3b所示,Ce3d轨道可拟合为8个峰,其中位于917.3、907.8、903.3、901.3 eV的结合能归属于Ce3d5/2,位于898.7、889.7、885.1、882.9 eV的结合能属于Ce3d3/2,而917.3、907.8、901.3和898.7 eV归属于Ce3+,903.2、889.7、885.1、882.9 eV归属于Ce4+,结果表明CTO/CN-6中存在Ce3+和Ce4+ [24]。从图 3c可知,位于464.4和458.8 eV处的2个特征峰可归属于Ti4+的2p1/2和2p3/2[25]图 3d中位于529.5和531.8 eV处的特征峰表明在CTO/CN-6复合材料中至少存在2类氧物种,可能分别为晶格氧和表面吸附氧[26]图 3e中出现了284.8、288.2和294.9 eV三个特征峰,其中位于284.8 eV的峰归属于仪器中的碳污染以及C—N的sp2杂化峰,位于288.2 eV的峰归属于g-C3N4芳香环上sp2杂化的N—C=N结构,而位于294.9 eV的峰归属于π激发的CN杂化环[27-28]图 3f中N1s的谱图可拟合为明显的3个特征峰398.6、399.5和401.0 eV,其中位于398.6 eV的主峰归因于C—N= C的sp2杂化氮的典型信号,位于399.5 eV的峰归属于骨架上的N—(C)3基团,而位于401.0 eV的峰归属于C—N—H官能团上附加的表面未凝聚桥联氮原子,与文献报道相一致[29]。结果表明三聚氰胺与CeTiO4混合热聚反应后,在复合材料中三聚氰胺产物最终是以C3N4相存在的,且热聚后的结构与组成也并未发生变化,这与前面XRD、TEM和EDS的测试分析结果一致。且CeTiO4中的Ce原子呈现+3和+4两个价态,有利于光生电子迁移[30]

    图 3

    图 3.  CTO/CN-6的XPS谱图: (a) 全谱图; (b) Ce3d; (c) Ti2p; (d) O1s; (e) C1s; (f) N1s
    Figure 3.  XPS spectra of CTO/CN-6: (a) survey; (b) Ce3d; (c) Ti2p; (d) O1s; (e) C1s; (f) N1s

    图 4为CTO、CN、CTO/CN-6的N2吸附-脱附等温线及孔径分布曲线(插图)。从图中可以看出,该材料的介孔性质符合理论上的Ⅳ型吸附等温线。三者的比表面积分别为5、10和8 m2·g-1,孔容分别为0.026 2、0.077 9和0.051 4 cm3·g-1,孔径均集中分布在3.5~19.5 nm之间。由此可知,CTO与CN复合后,其比表面积较未复合的CTO提高了60%,孔容提高了96.2%,且比表面积和孔容与CN对比均略有降低。这表明CTO的一维颗粒结构减少了与CN纳米片之间的相互作用,使CTO自相团聚现象减少,复合后层片上的活性位点增多,这有利于提高其对反应物的有效吸附性能,增加了光催化有效活性位点,为提高光催化性能提供条件。

    图 4

    图 4.  CTO、CN和CTO/CN-6的N2吸附-脱附等温线和(插图)孔径分布曲线
    Figure 4.  N2 adsorption-desorption isotherms and pore size distribution curves (Inset) of CTO, CN, and CTO/CN-6

    紫外可见分光光度计可用于分析样品的光吸收能力。如图 5a所示,与CTO和CN相比,复合材料CTO/CN-6的吸收边位于两者之间(450~470 nm),意味着其存在可见光区域响应。通过(αhν)1/2-作图,得出CTO和CN的带隙值分别为2.69和2.44 eV。图 5b分别显示了CTO和CN的莫特-肖特基曲线,通过将莫特-肖特基曲线线性部分外推至横坐标轴,可得到其平带电位分别为-0.80和-0.46 V。交点均为负值,说明2种样品均具有p型半导体特性,其交点值近似等于其导带(CB)边缘电位,通过能斯特方程计算可以得到CTO和CN的CB电位分别为-0.60 V (vs NHE)和-0.26 V(vs NHE)(VNHE=VAg/AgCl+0.197,VNHEVAg/AgCl分别为相对标准氢电极的电位及Ag/AgCl电极电位)。

    图 5

    图 5.  (a) CTO、CN和CTO/CN-6的紫外可见漫反射吸收光谱图及CTO和CN的带隙能(插图); (b) CTO和CN的莫特-肖特基曲线
    Figure 5.  (a) UV-visible diffuse reflection absorption spectra and band gap energy (Inset) of CTO, CN, and CTO/ CN-6; (b) Mott-Schottky curves of CTO and CN

    为进一步分析复合异质结光催化电子-空穴的分离与迁移效率,可以通过瞬态光电流响应测试来表征分析。当光生载流子达到平衡时,系统可以形成稳定的光电流,光电流越强,电子和空穴的分离效率越高。图 6a为CTO、CN、CTO/CN-6的瞬态光电流响应结果。从图中可以看出,CTO/CN-6的光电流强度是CTO的2倍多,这可能是由于复合材料中形成了异质结结构界面,界面形成了内接电场,促进了光生电子-空穴的分离和迁移速率[31]。再由阻抗谱图(图 6b)可知,复合后的CTO/CN-x阻抗半圆直径小于纯相值,而半圆直径越小,表明载流子的电荷输运阻力越小,这进一步表明CTO和CN之间的异质结结构可以促进载流子的分离和转移,为提高光催化性能提供了依据。

    图 6

    图 6.  CTO、CN和CTO/CN-6的光电流响应图(a)和Nyquist图(b)
    Figure 6.  (a) Photocurrent response and (b) Nyquist plots of CTO, CN, and CTO/CN-6

    为了进一步研究复合材料中电子和空穴的迁移、转移和复合的过程,通过如图 7所示的PL光谱图对CTO、CN和CTO/CN-6的光致发光发射强度进行了测试,发射强度越高表示电子-空穴对复合越快。从图中可以看出,当激发波长为290 nm时,CTO在约475 nm处出现了一个强峰,而CN在约460 nm时出现了一个强峰,这归因于电子-空穴对的复合。而CTO与CN形成异质结后,CTO/CN-6的光致发光峰强度急剧下降,这一现象表明了异质结的形成,降低了光生载流子复合几率,有利于光生载流子的迁移[32]

    图 7

    图 7.  CTO、CN和CTO/CN-6的PL光谱
    Figure 7.  PL spectra of CTO, CN, and CTO/CN-6

    图 8a所示,通过在模拟太阳光照射下降解RhB溶液研究了样品的光催化性能。在降解140 min后,随着复合材料中CN含量的增加,降解效率先增后降,其中CTO/CN-6的降解效率(95.7%)高于其他样品。当CTO中加入CN,形成复合异质结材料,光催化活性得到增强,这说明两者之间形成了促进光生载流子转移的异质结界面,提高了光催化性能。这与上述微观结构和电化学表征分析一致。CTO/CN-1和CTO/CN-2的性能低于纯CN,这是因为当CTO与三聚氰胺的质量比为1∶1和1∶2时,所合成的复合材料中CTO占主要成分,CN的含量过少,此时的异质结活性位点较少,光催化性能低,还无法与纯相CN相比。而对于CTO/CN-8,过量的CN可能将CTO覆盖,减少了复合界面有效的活性点位,阻碍了光捕获,从而降低了光催化活性,表现出如图中所示的光催化性能的降低。我们进一步研究了样品降解化学反应动力学情况,据文献报道[33],光催化降解反应动力学近似满足一级反应动力学方程,可用dc/dt=-kc表示,其中c为暗吸附后RhB的浓度,k为总降解速率常数。由图 8b8c可以得出,k随着CN含量增加呈现先升高后降低的趋势,CTO/CN-6的k(0.020 2 min-1)约是CTO (0.002 87 min-1)的7倍。综上所述,CTO与CN复合后,大大提高了降解污染物的性能。从图 8d可以看出,在对CTO/CN-6进行了4次循环实验后,RhB的降解效率依然保持在90% 以上,说明了该复合材料在降解污染物方面具有良好的稳定性。

    图 8

    图 8.  (a) 不同样品在模拟太阳光下降解RhB的速率; (b) 不同样品光催化降解RhB的反应动力学曲线; (c) 不同CN含量的CTO/CN-x反应动力学常数的变化; (d) 模拟太阳光下CTO/CN-6降解RhB的循环实验
    Figure 8.  (a) Photodegradation rate of RhB over different samples under simulated sunlight irradiation; (b) Photodegradation kinetics curves of RhB over different samples; (c) Variation of kinetic constants of CTO/CN-x reaction with different CN contents; (d) Cycling experiments of CTO/CN-6 for RhB degradation under simulated sunlight irradiation

    通过在光催化降解体系中引入不同的自由基捕获剂可以确定光催化降解过程中的主要活性物种,其中对苯醌(BQ)、三乙醇胺(TEA)、异丙醇(IPA)三种捕获剂分别可以捕获·O2-、h+和·OH三种活性物种。图 9为加入不同捕获剂后CTO/CN-6的光催化性能变化曲线,由图可知,加入BQ和TEA后,光降解过程受到严重的抑制,说明·O2-和h+在光催化过程中起着至关重要的作用。当加入IPA后,光降解效率也有所下降,说明·OH对降解过程有影响,但较·O2-和h+而言并不是起关键作用的活性物质。

    图 9

    图 9.  CTO/CN-6光催化降解RhB的捕获实验
    Figure 9.  Trapping experiments over CTO/CN-6 for the photodegradation of RhB

    基于上述结果,我们提出了CTO/CN-x复合异质结材料的降解机理图,如图 10所示。当复合材料受到模拟太阳光照射时,CTO和CN同时被激发产生光生电子-空穴对(e--h+),大部分光生电子和空穴会在体相内部迅速复合,只有部分光生电子-空穴对迁移到材料表界面。在材料表界面作用下,会迁移到表面有效吸附点位上,发生氧化还原反应。值得注意的是,CN的CB和VB(价带)电位分别为-0.26和2.18 V,而CTO的CB和VB电位分别为-0.60和2.09 V,表明CTO与CN复合具有匹配良好的能带重叠结构。由于CN的CB电位较CTO的更大,CTO的CB上的e-趋向于迁移到CN的CB上,又因为CN的VB电位也更大,h+同时从CN的VB转移到CTO的VB上。这种电荷转移过程可以有效地促进光生电子空穴对的分离与转移,使得e-和h+分别在CN的CB和CTO的VB上累积。由于电位差的存在,CN的CB上的e-能够在表面与吸附的O2反应形成·O2-(-0.16 V(vs NHE))[31, 34],而CTO的VB上的h+会在表面与吸附的OH-/H2O反应生产·OH(具有强氧化性),形成的·O2-、·OH和h+直接和RhB污染物反应,从而有效地降解溶液中的RhB。

    图 10

    图 10.  CTO/CN-x异质结材料光降解RhB的可能机理
    Figure 10.  Possible mechanism of CTO/CN-x heterojunction for the photodegradation of RhB

    通过简单固相法成功制备了CTO/CN-x复合异质结材料,在模拟太阳光下光催化降解RhB表现出良好的光催化活性。随着CN的复合量增加,CTO-CN-x复合材料的光降解效率先增后减,其中CTO/CN-6的光降解活性最好,140 min的降解效率为95.7%,其反应速率常数(0.020 2 min-1)约是CTO (0.002 87 min-1)的7倍。这是由于适量的CN与CTO复合产生了异质结结构,提高了光吸收响应范围,有利于光生电子-空穴对的有效分离与迁移。同时其比表面积增大,活性位点增多,进一步提高了光催化活性。由捕获剂实验的结果分析可知,活性物种·OH、h+和O2-在RhB的光催化反应中起着重要的作用。该研究表明双金属氧化物CTO材料在光催化领域具有良好的研究应用前景。


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  • 图 1  CTO、CN和CTO/CN-x的XRD图

    Figure 1  XRD patterns of CTO, CN, and CTO/CN-x

    图 2  (a) CTO和(b) CN的SEM图; (c、d) CTO/CN-6的TEM图和HRTEM图; (e) CTO/CN-6的SEM图; (f~j) CTO/CN-6的EDS映射图

    Figure 2  SEM images of (a) CTO and (b) CN; (c, d) TEM and HRTEM images of CTO/CN-6; (e) SEM images of CTO/CN-6; (f-j) EDS mappings of CTO/CN-6

    图 3  CTO/CN-6的XPS谱图: (a) 全谱图; (b) Ce3d; (c) Ti2p; (d) O1s; (e) C1s; (f) N1s

    Figure 3  XPS spectra of CTO/CN-6: (a) survey; (b) Ce3d; (c) Ti2p; (d) O1s; (e) C1s; (f) N1s

    图 4  CTO、CN和CTO/CN-6的N2吸附-脱附等温线和(插图)孔径分布曲线

    Figure 4  N2 adsorption-desorption isotherms and pore size distribution curves (Inset) of CTO, CN, and CTO/CN-6

    图 5  (a) CTO、CN和CTO/CN-6的紫外可见漫反射吸收光谱图及CTO和CN的带隙能(插图); (b) CTO和CN的莫特-肖特基曲线

    Figure 5  (a) UV-visible diffuse reflection absorption spectra and band gap energy (Inset) of CTO, CN, and CTO/ CN-6; (b) Mott-Schottky curves of CTO and CN

    图 6  CTO、CN和CTO/CN-6的光电流响应图(a)和Nyquist图(b)

    Figure 6  (a) Photocurrent response and (b) Nyquist plots of CTO, CN, and CTO/CN-6

    图 7  CTO、CN和CTO/CN-6的PL光谱

    Figure 7  PL spectra of CTO, CN, and CTO/CN-6

    图 8  (a) 不同样品在模拟太阳光下降解RhB的速率; (b) 不同样品光催化降解RhB的反应动力学曲线; (c) 不同CN含量的CTO/CN-x反应动力学常数的变化; (d) 模拟太阳光下CTO/CN-6降解RhB的循环实验

    Figure 8  (a) Photodegradation rate of RhB over different samples under simulated sunlight irradiation; (b) Photodegradation kinetics curves of RhB over different samples; (c) Variation of kinetic constants of CTO/CN-x reaction with different CN contents; (d) Cycling experiments of CTO/CN-6 for RhB degradation under simulated sunlight irradiation

    图 9  CTO/CN-6光催化降解RhB的捕获实验

    Figure 9  Trapping experiments over CTO/CN-6 for the photodegradation of RhB

    图 10  CTO/CN-x异质结材料光降解RhB的可能机理

    Figure 10  Possible mechanism of CTO/CN-x heterojunction for the photodegradation of RhB

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  • 发布日期:  2022-01-10
  • 收稿日期:  2021-03-30
  • 修回日期:  2021-11-06
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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