2D/2D Ti3C2/Bi4O5Br2 Nanosheet Heterojunction with Enhanced Visible Light Photocatalytic Activity for NO Removal

Xiaoqing Yang Hualin Yang Huan Lu Haoxuan Ding Yanxin Tong Fei Rao Xin Zhang Qian Shen Jianzhi Gao Gangqiang Zhu

Citation:  Xiaoqing Yang, Hualin Yang, Huan Lu, Haoxuan Ding, Yanxin Tong, Fei Rao, Xin Zhang, Qian Shen, Jianzhi Gao, Gangqiang Zhu. 2D/2D Ti3C2/Bi4O5Br2 Nanosheet Heterojunction with Enhanced Visible Light Photocatalytic Activity for NO Removal[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(10): 200500. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005008 shu

高催化活性2D/2D Ti3C2/Bi4O5Br2纳米片异质结的构建及其可见光催化去除NO

    通讯作者: 卢欢, huanlu@snnu.edu.cn
    申茜, iamqshen@njtech.edu.cn
    高健智, jianzhigao@snnu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21972083

    国家自然科学基金 21673118

    国家自然科学基金 21972067

    国家自然科学基金 11574189

    国家自然科学基金 11604196

    陕西省科技计划项目 2019JM-102

    陕西省科技计划项目 2016KJXX-15

    中央高校基本科研业务费专项资金 GK201801005

    中央高校基本科研业务费专项资金 GK201602006

    中央高校基本科研业务费专项资金 2018CBLZ002

摘要: 本研究采用水热法构建出2D/2D Ti3C2/Bi4O5Br2纳米异质结,在可见光下研究了该复合材料对NO的光催化去除能力。实验表明,15%Ti3C2/Bi4O5Br2对NO的光催化去除效率相比纯Bi4O5Br2显著提高:其降解效率达到57.6%,比Bi4O5Br2高27.1%。同时,15%Ti3C2/Bi4O5Br2具有很好的稳定性,经过5次循环催化,其催化率依然接近50.0%。研究发现,反应过程中主要的反应活性物质是e和·O2,光氧化产物主要为NO2和NO3。分析复合材料的光催化机制,发现光催化活性的提高主要得益于2D/2D Ti3C2/Bi4O5Br2异质结提高了电子与空穴的分离率,从而提高了光催化效率。这项工作提供了一个制备2D/2D纳米复合材料用于光催化降解环境污染物的有效方法,在缓解能源紧张与环境污染方面有巨大应用潜力。

English

    1. [1]

      Fan, W. G.; Chan, K. Y.; Zhang, C. X.; Zhang, K.; Ning, Z.; Leung, M. K. H. Appl. Energy 2018, 225, 535. doi: 10.1016/j.apenergy.2018.04.134

    2. [2]

      Jia, Y. F.; Li, S. P.; Gao, J. Z.; Zhu, G. Q.; Zhang, F. C.; Shi, X. J.; Huang, Y.; Liu, C. L. Appl. Catal. B 2019, 240, 241. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.09.005

    3. [3]

      Peng, M. Q.; Zhao, R.; Xia, M.; Li, C. J.; Gong, X. L.; Wang, D.; Xia, D. S. Fuel 2017, 200, 290. doi: 10.1016/j.fuel.2017.03.062

    4. [4]

      Wang, T.; Liu, H. Z.; Zhang, X. Y.; Guo, Y. H.; Zhang, Y. S.; Wang, Y.; Sun, B. M. Fuel Process. Technol. 2017, 158, 199. doi: 10.1016/j.fuproc.2017.01.011

    5. [5]

      Liu, Z. M.; Zhu, J. Z.; Li, J. H.; Ma, L. L.; Woo, S. I. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6 (16), 14500. doi: 10.1021/am5038164

    6. [6]

      Boubnov, A.; Carvalho, H. W. P.; Doronkin, D. E.; Gunter, T.; Gallo, E.; Atkins, A. J.; Jacob, C. R.; Grunwaldt, J. D. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (37), 13006. doi: 10.1021/ja5062505

    7. [7]

      Hu, J. D.; Chen, D. Y.; Li, N. J.; Xu, Q. F.; Li, H.; He, J. H.; Lu, J. M. Appl. Catal. B 2017, 217, 224. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.05.088

    8. [8]

      Dong, G. H.; Ho, W. K.; Zhang, L. Z. Appl. Catal. B 2015, 168–169, 490. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.01.014

    9. [9]

      Jin, S.; Dong, G. H.; Luo, J. M.; Ma, F. Y.; Wang, C. Y. Appl. Catal. B 2018, 227, 24. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.01.020

    10. [10]

      Yang, X. Y.; Cao, X. J.; Tang, B. M.; Shan, B. L.; Deng, M.; Liu, Y. G. J. Photochem. Photobiol. A 2019, 375, 40. doi: 10.1016/j.jphotochem.2019.02.011

    11. [11]

      Wang, H.; Sun, Y. J.; Jiang, G. M.; Zhang, Y. X.; Huang, H. W.; Wu, Z. B.; Lee, S. C.; Dong, F. Environ. Sci. Technol. 2018, 52 (3), 1479. doi: 10.1021/acs.est.7b05457

    12. [12]

      Jia, Y. F.; Li, S. P.; Ma, H. X.; Gao, J. Z.; Zhu, G. Q.; Zhang, F. C.; Park, J. Y.; Cha, S. W.; Bae, J. S.; Liu, C. L. J. Hazard. Mater. 2020, 382, 121121. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.121121

    13. [13]

      Wang, J. J.; Tang, L.; Zeng, G. M.; Deng, Y. C.; Liu, Y. N.; Wang, L. L.; Zhou, Y. Y.; Guo, Z.; Wang, J. J.; Zhang, C. Appl. Catal. B 2017, 209, 285. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.03.019

    14. [14]

      Sun, Z. C.; Yu, Z. Q.; Liu, Y. Y.; Shi, C.; Zhu, M. S.; Wang, A. J. J. Colloid Interface Sci. 2019, 533, 251. doi: 10.1016/j.jcis.2018.08.071

    15. [15]

      Wang, Q.; Wang, W.; Zhong, L. L.; Liu, D. M.; Cao, X. Z.; Cui, F. Y. Appl. Catal. B 2018, 220, 290. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.08.049

    16. [16]

      Chen, Y.; Jia, G.; Hu, Y. F.; Fan, G. Z.; Tsang, Y. H.; Li, Z. S.; Zou, Z. G. Sustain. Energy Fuels 2017, 1 (9), 1875. doi: 10.1039/c7se00344g

    17. [17]

      Zhang, Z. Y.; Huang, J. D.; Zhang, M. Y.; Yuan, Q.; Dong, B. Appl. Catal. B 2015, 163, 298. doi: 10.1016/j.apcatb.2014.08.013

    18. [18]

      Guo, F.; Shi, W. L.; Li, M. Y.; Shi, Y.; Wen, H. B. Sep. Purif. Technol. 2019, 210, 608. doi: 10.1016/j.seppur.2018.08.055

    19. [19]

      Cheng, H. F.; Huang, B. B.; Dai, Y. Nanoscale 2014, 6 (4), 2009. doi: 10.1039/c3nr05529a

    20. [20]

      Xia, J. X.; Ge, Y. P.; Di, J.; Xu, L.; Yin, S.; Chen, Z. G.; Liu, P. J.; Li, H. M. J. Colloid Interface Sci. 2016, 473, 112. doi: 10.1016/j.jcis.2016.03.046

    21. [21]

      Chou, S. Y.; Chen, C. C.; Dai, Y. M.; Lin, J. H.; Lee, W. W. RSC Adv. 2016, 6 (40), 33478. doi: 10.1039/c5ra28024a

    22. [22]

      Zhang, J. Y.; Zhu, G. Q.; Li, S. P.; Rao, F.; Hassan, Q. U.; Gao, J. Z.; Huang, Y.; Hojamberdiev, M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11 (41), 37822. doi: 10.1021/acsami.9b14300

    23. [23]

      Zhu, G. Q.; Li, S. P.; Gao, J. Z.; Zhang, F. C.; Liu, C. L.; Wang, Q. Z.; Hojamberdiev, M. Appl. Surf. Sci. 2019, 493, 913. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.07.119

    24. [24]

      Mao, X. M.; Xie, F. X.; Li, M. Mater. Lett. 2016, 166, 296. doi: 10.1016/j.matlet.2015.12.090

    25. [25]

      Ji, M. X.; Di, J.; Ge, Y. P.; Xia, J. X.; Li, H. M. Appl. Surf. Sci. 2017, 413, 372. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.03.287

    26. [26]

      Liu, D.; Yao, W. Q.; Wang, J.; Liu, Y. F.; Zhang, M.; Zhu, Y. F. Appl. Catal. B 2015, 172–173, 100. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.01.037

    27. [27]

      Ding, S. S.; Mao, D. J.; Yang, S. G.; Wang, F.; Meng, L. J.; Han, M. S.; He, H.; Sun, C.; Xu, B. Appl. Catal. B 2017, 210, 386. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.04.002

    28. [28]

      Feng, W. L.; Luo, H.; Wang, Y.; Zeng, S. F.; Tan, Y. Q.; Zhang, H. B.; Peng, S. M. Ceram. Int. 2018, 44 (6), 7084. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.01.147

    29. [29]

      Li, J. B.; Yan, D.; Hou, S. J.; Li, Y. Q.; Lu, T.; Yao, Y. F.; Pan, L. K. J. Mater. Chem. A 2018, 6 (3), 1234. doi: 10.1039/c7ta08261d

    30. [30]

      Low, J. X.; Zhang, L. Y.; Tong, T.; Shen, B. J.; Yu, J. G. J. Catal. 2018, 361, 255. doi: 10.1016/j.jcat.2018.03.009

    31. [31]

      Zhang, H. L.; Li, M.; Cao, J. L.; Tang, Q. J.; Kang, P.; Zhu, C. X.; Ma, M. J. Ceram. Int. 2018, 44 (16), 19958. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.07.262

    32. [32]

      Cai, T.; Wang, L. L.; Liu, Y. T.; Zhang, S. Q.; Dong, W. Y.; Chen, H.; Yi, X. Y.; Yuan, J. L.; Xia, X. N.; Liu, C. B.; et al. Appl. Catal. B 2018, 239, 545. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.08.053

    33. [33]

      Gao, Y. P.; Wang, L. B.; Zhou, A. G.; Li, Z. Y.; Chen, J. K.; Bala, H.; Hu, Q. K.; Cao, X. X. Mater. Lett. 2015, 150, 62. doi: 10.1016/j.matlet.2015.02.135

    34. [34]

      Yan, P. T.; Zhang, R. J.; Jia, J.; Wu, C.; Zhou, A. G.; Xu, J.; Zhang, X. S. J. Power Sources 2015, 284, 38. doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.03.017

    35. [35]

      Li, Z. Z.; Zhang, H. G.; Wang, L.; Meng, X. C.; Shi, J. J.; Qi, C. X.; Zhang, Z. S.; Feng, L. J.; Li, C. H. J. Photochem. Photobiol. A 2020, 386, 112099. doi: 10.1016/j.jphotochem.2019.112099

    36. [36]

      Li, Y. J.; Deng, X. T.; Tian, J.; Liang, Z. Q.; Cui, H. Z. Appl. Mater. Today 2018, 13, 217. doi: 10.1016/j.apmt.2018.09.004

    37. [37]

      Peng, C.; Wang, H. J.; Yu, H.; Peng, F. Mater. Res. Bull. 2017, 89, 16. doi: 10.1016/j.materresbull.2016.12.049

    38. [38]

      Li, R.; Liu, J. X.; Zhang, X. F.; Wang, Y. W.; Wang, Y. F.; Zhang, C. M.; Zhang, X. C.; Fan, C. M. Chem. Eng. J. 2018, 339, 42. doi: 10.1016/j.cej.2018.01.109

    39. [39]

      Bai, Y.; Chen, T.; Wang, P. Q.; Wang, L.; Ye, L. Q. Chem. Eng. J. 2016, 304, 454. doi: 10.1016/j.cej.2016.06.100

    40. [40]

      Xue, Q.; Zhang, H. J.; Zhu, M. S.; Pei, Z. X.; Li, H. F.; Wang, Z. F.; Huang, Y.; Huang, Y.; Deng, Q. H.; Zhou, J.; et al. Adv. Mater. 2017, 29 (15), 1604847. doi: 10.1002/adma.201604847

    41. [41]

      Liu, N.; Lu, N.; Su, Y.; Wang, P.; Quan, X. Sep. Purif. Technol. 2019, 211, 782. doi: 10.1016/j.seppur.2018.10.027

    42. [42]

      Bai, X. J.; Wang, L.; Wang, Y. J.; Yao, W. Q.; Zhu, Y. F. Appl. Catal. B 2014, 152–153, 262. doi: 10.1016/j.apcatb.2014.01.046

    43. [43]

      Wang, H.; He, W. J.; Dong, X. A.; Wang, H. Q.; Dong, F. Chin. Sci. Bull. 2018, 63 (2), 117. doi: 10.1016/j.scib.2017.12.013

    44. [44]

      Dong, G. H.; Ho, W. K.; Li, Y. H.; Zhang, L. Z. Appl. Catal. B 2015, 174–175, 477. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.03.035

    45. [45]

      Zhang, W. D.; Liu, X. L.; Dong, X. A.; Dong, F.; Zhang, Y. X. Chin. J. Catal. 2017, 38 (12), 2030. doi: 10.1016/s1872-2067(17)62941-3

    46. [46]

      Rao, F.; Zhu, G. Q.; Hojamberdiev, M.; Zhang, W. B.; Li, S. P.; Gao, J. Z.; Zhang, F. C.; Huang, Y. H.; Huang, Y. J. Phys. Chem. C 2019, 123 (26), 16268. doi: 10.1021/acs.jpcc.9b03961

    47. [47]

      Cao, T.; Huo, W. C.; Guo, Z. Y.; Jing, C.; Chen, Y. X.; Zhang, Y. X.; Zhou, Z. Appl. Surf. Sci. 2019, 498, 143848. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.143848

    48. [48]

      Zhu, G. Q.; Hojamberdiev, M.; Zhang, S. L.; Din, S. T. U.; Yang, W. Appl. Surf. Sci. 2019, 467–468, 968. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.10.246

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  4
  • 文章访问数:  519
  • HTML全文浏览量:  52
文章相关
  • 发布日期:  2021-10-15
  • 收稿日期:  2020-05-05
  • 接受日期:  2020-06-05
  • 修回日期:  2020-06-04
  • 网络出版日期:  2020-06-15
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