花状微球Znln2S4/碳量子点复合物用于光催化还原Cr(VI)

doi:10.1016/S1872-2067(18)63137-7

催化学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (12): 1901-1909.DOI: 10.1016/S1872-2067(18)63137-7

花状微球Znln₂S₄/碳量子点复合物用于光催化还原Cr(VI)

刘白白^a, 刘心娟^a, 李蕾^b, 李建伟^c, 李灿^a, 宫银燕^a, 牛棱渊^a, 赵新生^c, 孙长庆^d

a 中国计量大学材料科学与工程学院, 配位键调控与计量研究所, 浙江杭州 310018, 中国;
b 长江师范学院超常配位键工程与新材料技术重点实验室, 重庆 408100, 中国;
c 江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏徐州 221116, 中国;
d 新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院, 新加坡 639798, 新加坡

收稿日期:2018-05-07 修回日期:2018-07-07 出版日期:2018-12-18 发布日期:2018-09-26
通讯作者: 刘心娟
基金资助:
国家自然科学基金（21401180，21776119）；浙江省自然科学基金（LY18E060005，LY18E020007，LQ18E030005）；徐州市基金（KC16SG25）.

ZnIn₂S₄ flowerlike microspheres embedded with carbon quantum dots for efficient photocatalytic reduction of Cr(VI)

Baibai Liu^a, Xinjuan Liu^a, Lei Li^b, Jianwei Li^c, Can Li^a, Yinyan Gong^a, Lengyuan Niu^a, Xinsheng Zhao^c, Chang Q. Sun^d

a Institute of Coordination Bond Metrology and Engineering(CBME), College of Materials Science and Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, Zhejiang, China;
b Chongqing Key Laboratory of Extraordinary Coordination Bond and Advanced Materials Techniques(EBEAM), Yangtze Normal University, Chongqing 408100, China;
c School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, Jiangsu, China;
d School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 639798, Singapore

Received:2018-05-07 Revised:2018-07-07 Online:2018-12-18 Published:2018-09-26
Contact: 10.1016/S1872-2067(18)63137-7
Supported by:
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (21401180, 21776119), Province Natural Science Foundation of Zhejiang (LY18E060005, LY18E020007 and LQ18E030005), and Foundation of Xuzhou City (KC16SG25).

摘要/Abstract

摘要：

六价铬Cr（VI）是废水中常见的重金属污染物，广泛应用于电镀、皮革制造、金属表面处理、纺织制造等领域.传统的处理方法有吸附、超滤、反渗透和凝固等.但是，这些方法均具有一定的缺陷，比如膜污染、高功耗、高运行和维护成本.Cr（Ⅲ）有较低毒性且易在水溶液中沉淀形成Cr（OH）₃，因此，将Cr（VI）还原为Cr（Ⅲ）被认为是一种有效去除Cr（VI）的策略.近年来，半导体光催化技术广受关注，被用于去除有毒污染物、还原二氧化碳和分解水，并在光催化还原Cr（VI）领域取得一系列进展.但是，探索开发可见光响应的高效光催化剂仍是挑战.三元金属硫属元素化合物半导体具有独特的光电特性和催化活性，备受关注.尤其是窄带Znln₂S₄被认为是一种有潜力的可见光催化剂.但是，由于其较窄的光响应范围以及光生载流子短的寿命，使得它的催化活性很低.研究表明，控制形貌、掺杂贵金属和构筑异质结复合物能够提高Znln₂S₄的光催化活性.不幸的是，有关Znln₂S₄在光催化还原Cr（VI）中的应用还鲜有报道.本文通过构筑花状微球Znln₂S₄和碳量子点（CQDs）异质结，合成Znln₂S₄/CQDs复合物，获得高效光催化还原Cr（VI）活性的复合光催化剂.
扫描电子显微镜和高分辨投射电子显微镜结果显示，Znln₂S₄/CQDs复合物是由花瓣自组装的花状微球结构，CQDs分散在Znln₂S₄花瓣上，形成很好的界面接触，有利于光催化过程的进行.紫外可见吸收光谱结果表明，Znln₂S₄/CQDs复合物在可见光区域展现了很好的吸收.随着CQDs含量的增加，Znln₂S₄/CQDs复合物的光吸收能力增加，有利于提高其催化活性.电化学阻抗谱、光电流响应曲线和原位电子顺磁共振谱结果表明，CQDs可以作为电子受体材料，促进光生载流子的转移，抑制其复合，从而延长光生载流子的寿命.
通过光催化还原Cr（VI）的实验发现，与纯Znln₂S₄相比，Znln₂S₄/CQDs复合物具有增强的光催化活性，并且与CQDs的掺杂比例有关.在可见光照射40min后，当CQDs的掺杂比例为0.5wt%时，Znln₂S₄/CQDs复合物对Cr（VI）的还原率达到93%.Znln₂S₄/CQDs复合物优异的催化活性归因于其优异的光吸收，良好的界面电荷转移，和CQDs的下转换特性.另外，光催化还原Cr（VI）实验被循环3次后发现，Cr（VI）的还原率没有明显降低.同时，X射线衍射、扫描电子显微镜和光电子能谱结果表明，催化反应之后的Znln₂S₄/CQDs复合物的结构、形貌和组分均未发生变化，说明Znln₂S₄/CQDs复合物具有良好的稳定性.本工作以期为进一步设计具有理想功能的CQDs基复合材料提供有价值的信息.

关键词: Znln₂S₄, 碳量子点, 花状微球, 助催化剂, 光电化学

Abstract:

Development of efficient heterostructured photocatalysts that respond to visible light remains a considerable challenge. We herein show the synthesis of ZnIn₂S₄/carbon quantum dot hybrid photocatalysts with flowerlike microspheres via a facile solvothermal method. The ZnIn₂S₄/carbon quantum dot flowerlike microspheres display enhanced photocatalytic and photoelectrochemical activity compared with that of pure ZnIn₂S₄. With a content of only 0.5 wt% carbon quantum dots, 93% of Cr(VI) is reduced under visible-light irradiation at 40 min. As a co-catalyst, the carbon quantum dots improve the light absorption and lengthen the lifetime of charge carriers, consequently enhancing the photocatalytic and photoelectrochemical activity.

Key words: ZnIn₂S₄, Carbon quantum dots, Flowerlike microspheres, Co-catalyst, Photoelectronchemical

刘白白, 刘心娟, 李蕾, 李建伟, 李灿, 宫银燕, 牛棱渊, 赵新生, 孙长庆. 花状微球Znln₂S₄/碳量子点复合物用于光催化还原Cr(VI)[J]. 催化学报, 2018, 39(12): 1901-1909.

Baibai Liu, Xinjuan Liu, Lei Li, Jianwei Li, Can Li, Yinyan Gong, Lengyuan Niu, Xinsheng Zhao, Chang Q. Sun. ZnIn₂S₄ flowerlike microspheres embedded with carbon quantum dots for efficient photocatalytic reduction of Cr(VI)[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(12): 1901-1909.

×
扫码分享

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.cjcatal.com/CN/10.1016/S1872-2067(18)63137-7

https://www.cjcatal.com/CN/Y2018/V39/I12/1901

参考文献

[1] J. Liu, W. Z. Fang, Y. H. Wang, M. Y. Xing, J. L. Zhang, Chin. J. Catal., 2018, 39, 8-15.
[2] F. X. Wang, X. H. Yi, C. C. Wang, J. G. Deng, Chin. J. Catal., 2017, 38, 2141-2149.
[3] K. Wei, K. X. Li, Z. X. Zeng, Y. H. Dai, L. S. Yan, H. Q. Guo, X. B. Luo, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1804-1811.
[4] B. Qin, Y. B. Zhao, H. Li, L. Qiu, Z. Fan, Chin. J. Catal., 2015, 36, 1321-1325.
[5] G. Zhu, X. L. Li, H. Y. Wang, L. Zhang, Catal. Commun., 2017, 88, 5-8.
[6] Y. Ma, X. L. Wang, C. Li, Chin. J. Catal., 2015, 36, 1519-1527.
[7] Y. X. Xu, R. T. Chen, Z. Li, A. L. Li, H. X. Han, C. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 23230-23237.
[8] Y. S. Jia, D. Zhao, M. R. Li, H. X. Han, C. Li, Chin. J. Catal., 2018, 39, 421-430.
[9] X. L. Wang, S. O. Pehkonen, A. K. Ray, Ind. Eng. Chem. Res., 2004, 43, 1665-1672.
[10] X. J. Liu, L. K. Pan, T. Lv, Z. Sun, J. Alloys Compd., 2014, 583, 390-395.
[11] X. J. Liu, L. K. Pan, T. Q. Chen, J. L. Li, K. Yu, Z. Sun, C. Q. Sun, Catal. Sci. Technol., 2013, 3, 1805-1809.
[12] X. J. Liu, X. J. Wang, H. L. Li, L. K. Pan, T. Lv, Z. Sun, C. Q. Sun, J. Mater. Chem., 2012, 22, 16293-16298.
[13] B. B. Liu, X. J. Liu, J. Y. Liu, C. J. Feng, Z. Li, C. Li, Y. Y. Gong, L. K. Pan, S. Q. Xu, C. Q. Sun, Appl. Catal. B, 2018, 226, 234-241.
[14] Y. R. Li, Y. Guo, R. Long, D. Liu, D. M. Zhao, Y. B. Tan, C. Gao, S. H. Shen, Y. J. Xiong, Chin. J. Catal., 2018, 39, 453-462.
[15] Y. W. Li, Y. Z. Bu, Q. Liu, X. Zhang, J. L. Xu, Chin. J. Catal., 2018, 39, 54-62.
[16] D. C. Jiang, L. Zhu, R. M. Irfan, L. Zhang, P. W. Du, Chin. J. Catal., 2017, 38, 2102-2109.
[17] J. Jiang, S. W. Cao, C. L. Hu, C. H. Chen, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1981-1989.
[18] S. S. Chen, Y. Qi, Q. Ding, Z. Li, J. Y. Cui, F. X. Zhang, C. Li, J. Catal., 2016, 339, 77-83.
[19] R. Y. Zhang, W. C. Wan, D. W. Li, F. Dong, Y. Zhou, Chin. J. Catal., 2017, 38, 313-320.
[20] Z. Ren, X. Liu, H. Chu, H. Yu, Y. Xu, W. Zheng, W. Lei, P. Chen, J. Li, C. Li, J. Colloid Interface Sci., 2017, 488, 190-195.
[21] J. Wu, B. B. Liu, Z. X. Ren, M. Y. Ni, C. Li, Y. Y. Gong, W. Qin, Y. L. Huang, C. Q. Sun, X. J. Liu, J. Colloid Interface Sci., 2017, 517, 80-85.
[22] X. Z. Lin, R. Klenk, L. Wang, T. Kohler, J. Albert, S. Fiechter, A. Ennaoui, M. C. Lux-Steiner, Energy Environ. Sci., 2016, 9, 2037-2043.
[23] H. M. Zhao, Y. F. He, M. Y. Liu, R. Wang, Y. H. Li, W. S. You, Chin. J. Catal., 2018, 39, 495-501.
[24] L. Ye, Z. H. Li, ChemCatChem, 2014, 6, 2540-2543.
[25] Y. J. Chen, G. H. Tian, W. Zhou, Y. T. Xiao, J. Wang, X. Zhang, H. G. Fu, Nanoscale, 2017, 9, 5912-5921.
[26] J. G. Hou, C. Yang, H. J. Cheng, Z. Wang, S. Q. Jiao, H. M. Zhu, Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 15660-15668.
[27] Z. Y. Zhang, K. C. Liu, Z. Q. Feng, Y. N. Bao, B. Dong, Sci. Rep., 2016, 6, 19221.
[28] G. P. Chen, N. Ding, F. Li, Y. Z. Fan, Y. H. Luo, D. M. Li, Q. B. Meng, Appl. Catal. B, 2014, 160, 614-620.
[29] X. Chen, L. Li, W. Z. Zhang, Y. X. Li, Q. Song, L. Dong, ACS Sustain. Chem. Eng., 2016, 4, 6680-6688.
[30] T. Huang, W. Chen, T. Y. Liu, Q. L. Hao, X. H. Liu, Powder Technol., 2017, 315, 157-162.
[31] L. Ye, Z. H. Li, Appl. Catal. B, 2014, 160, 552-557.
[32] R. H. Liu, H. Huang, H. T. Li, Y. Liu, J. Zhong, Y. Y. Li, S. Zhang, Z. H. Kang, ACS Catal., 2014, 4, 328-336.
[33] J. Tian, Y. H. Leng, Z. H. Zhao, Y. Xia, Y. H. Sang, P. Hao, J. Zhan, M. C. Li, H. Liu, Nano Energy, 2015, 11, 419-427.
[34] Q. Li, C. Cui, H. Meng, J. G. Yu, Chem. Asian J., 2014, 9, 1766-1770.
[35] H. Li, X. He, Z. Kang, H. Huang, Y. Liu, J. Liu, S. Lian, C. H. A. Tsang, X. Yang, S. T. Lee, Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 4430-4434.
[36] S. H. Shen, J. Chen, X. X. Wang, L. Zhao, L. J. Guo, J. Power Sources, 2011, 196, 10112-10119.
[37] S. H. Shen, L. Zhao, X. J. Guan, L. J. Guo, J. Phys. Chem. Solids, 2012, 73, 79-83.
[38] W. K. Unger, B. Farnworth, J. C. Irwin, H. Pink, Solid State Commun., 1978, 25, 913-915.
[39] S. Ham, Y. Kim, M. J. Park, B. H. Hong, D. J. Jang, RSC Adv., 2016, 6, 24115-24120.
[40] J. Cao, Q. Y. Liu, D. L. Han, S. Yang, J. H. Yang, T. T. Wang, H. F. Niu, RSC Adv., 2014, 4, 30798-30806.
[41] W. Chen, T. Y. Liu, T. Huang, X. H. Liu, J. W. Zhu, G. R. Duan, X. J. Yang, J. Mater. Sci., 2015, 50, 8142-8152.
[42] Y. Zhang, J. Tian, H. Li, L. Wang, X. Qin, A. M. Asiri, A. O. Alyoubi, X. Sun, Langmuir, 2012, 28, 12893.
[43] W. H. Chen, S. H. Qi, L. Q. Guan, C. T. Liu, S. Z. Cui, C. Y. Shen, L. W. Mi, J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 5332-5341.
[44] S. Ibrahim, S. Chakrabarty, S. Ghosh, T. Pal, ChemistrySelect, 2017, 2, 537-545.
[45] Y. H. Zhang, N. Zhang, Z. R. Tang, Y. J. Xu, ACS Nano, 2012, 6, 9777-9789.
[46] Z. H. Ai, Y. Cheng, L. Z. Zhang, J. R. Qiu, Environ. Sci. Technol., 2008, 42, 6955-6960.
[47] C. R. Chenthamarakshan, K. Rajeshwar, E. J. Wolfrum, Langmuir, 2000, 16, 2715-2721.
[48] W. W. He, H. M. Jia, J. H. Cai, X. N. Han, Z. Zheng, W. G. Wamer, J. J. Yin, J. Phys. Chem. C, 2016, 120, 3187-3195.
[49] H. P. Chu, X. J. Liu, B. B. Liu, G. Zhu, W. Y. Lei, H. G. Du, J. Y. Liu, J. W. Li, C. Li, C. Q. Sun, Sci. Rep., 2016, 6, 35304.
[50] H. P. Lin, W. W. Lee, S. T. Huang, L. W. Chen, T. W. Yeh, J. Y. Fu, C. C. Chen, J. Mol. Catal. A, 2016, 417, 168-183.

花状微球Znln₂S₄/碳量子点复合物用于光催化还原Cr(VI)

ZnIn₂S₄ flowerlike microspheres embedded with carbon quantum dots for efficient photocatalytic reduction of Cr(VI)

PDF

Supporting Information

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

扫码分享

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

[1]	李晓娟, 祁明雨, 李婧宇, 谭昌龙, 唐紫蓉, 徐艺军. PdS修饰的ZnIn₂S₄复合材料用于可见光催化硫醇偶联制备二硫化物同时产氢[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 55-65.
[2]	刘德法, 孙彬, 白硕杰, 高婷婷, 周国伟. 双助催化剂Ag/Ti₃C₂/TiO₂分层花状微球用于增强光催化产氢活性[J]. 催化学报, 2023, 50(7): 273-283.
[3]	王珂然, 罗磊, 王超, 唐军旺. 双反应位点共修饰WO₃光催化活化甲烷[J]. 催化学报, 2023, 46(3): 103-112.
[4]	郑建云, 吕艳红, 黄爱彬, 曹逊, 蒋三平, 王双印. 解析光电化学氮还原合成氨中局域电子结构和合金化的协同效应[J]. 催化学报, 2023, 45(2): 141-151.
[5]	伍超, 吕康乐, 李鑫, 李覃. 光催化产氢双助催化剂: 类别、合成和设计策略[J]. 催化学报, 2023, 54(11): 137-160.
[6]	钟蕤羽, 梁玉洁, 黄菲, 梁诗诺, 刘升卫. 一维g-C₃N₄/二维Ti₃C₂T_x界面调制促进光催化CO₂还原活性与选择性[J]. 催化学报, 2023, 53(10): 109-122.
[7]	李志伟, 黄辉庭, 罗文俊, 胡颖飞, 范容莉, 朱治, 王骏, 冯建勇, 李朝升, 邹志刚. 电化学处理构建表面电荷传输通道用于高效光电催化分解水[J]. 催化学报, 2022, 43(9): 2342-2353.
[8]	张纹, 田梦, 焦海淼, 蒋海英, 唐军旺. 高匹配的BiVO₄/WO₃纳米碗异质结光阳极用于高效光电化学分解水[J]. 催化学报, 2022, 43(9): 2321-2331.
[9]	张宪文, 李政, 刘太丰, 李名润, 曾超斌, 松本弘昭, 韩洪宪. Pt/SrTiO₃光催化全分解水过程中水氧化活性位点的研究[J]. 催化学报, 2022, 43(8): 2223-2230.
[10]	赵辉, 茅沁怡, 蹇亮, 董玉明, 朱永法. 光催化水分解中地球储量丰富助催化剂的光沉积方法、功能与机理[J]. 催化学报, 2022, 43(7): 1774-1804.
[11]	王立群, 闫啸, 司文平, 刘道兰, 侯兴刚, 李德军, 侯峰, 窦世学, 梁骥. 光电化学氮还原: 一种可持续的氨合成方法[J]. 催化学报, 2022, 43(7): 1761-1773.
[12]	张美玉, 秦朝朝, 孙万军, 董聪朝, 钟俊, 吴凯丰, 丁勇. 双助催化剂负载CdS的能量捕集和电荷分离增强产H₂[J]. 催化学报, 2022, 43(7): 1818-1829.
[13]	张亚萍, 徐继香, 周洁, 王磊. 金属-有机框架衍生的多功能光催化剂[J]. 催化学报, 2022, 43(4): 971-1000.
[14]	周志明, 陈金金, 王擎龙, 蒋兴星, 申燕. 硫化钴装饰BiVO₄光阳极提升其光电化学水分解性能[J]. 催化学报, 2022, 43(2): 433-441.
[15]	王黎, 李雨坤, 吴超, 李鑫, 邵国胜, 张鹏. 追踪SrTiO₃/CoP/Mo₂C纳米纤维中的电荷转移路径以增强光催化产生太阳燃料[J]. 催化学报, 2022, 43(2): 507-518.