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具有多通道载流子分离功能的ZnO/P25异质结构光催化氧化甲苯
  • ISSN号:0253-9837
  • 期刊名称:《催化学报》
  • 时间:0
  • 分类:O[理学]
  • 作者机构:[1]中山大学化学与化学工程学院,广东广州510275, [2]中山大学化学工程与技术学院,广东广州510275, [3]中山大学惠州研究院废气净化与控制研发中心,广东惠州516081, [4]北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京100029
  • 相关基金:国家自然科学基金(21576298,21425627);广东省科技计划(20138090500029);广东省自然科学基金(2014A030313135,2014A030308012);化工资源有效利用国家重点实验室开放基金(CRE-2015-C-301).
中文摘要:

甲苯是一种最常见的室内有毒挥发性有机物(VOCs),目前消除方法主要有吸附、催化燃烧和光催化氧化,其中光催化是一种最高效和经济可行的方法,能在较温和条件下将甲苯完全矿化为CO2.作为研究最广泛的光催化剂,TiO2在应用中通常有锐钛矿(ATiO2)和金红石(RTiO2)两种物相,但单物相TiO2的低量子产率和光生电子-空穴对的快速复合严重限制了它的应用.本文选择兼具锐钛矿和金红石两种物相的P25为催化剂载体,通过负载少量ZnO和构建多组分并具备多通道载流子分离功能的异质结以提高TiO2基光催化剂的性能.利用一步浸渍法制备了一系列ZnO/P25复合光催化剂,考察了其光催化降解气相甲苯性能.X射线粉末衍射结果表明,ZnO/P25异质光催化剂是由ATiO2,RTiO2和红锌矿三种物相结构组成.高分辨透射电镜结果表明,ZnO/P25具备三相异质结ZnO(002)/ATiO2(101)/RTiO2(110).紫外可见光谱、荧光光谱和光电流表征结果表明,ZnO/P25所形成的三相异质结不但增强了光吸收能力,还实现了多通道电子/空穴分离.催化降解实验表明,ZnO/P25异质光催化剂能在室温紫外光辐射下将甲苯完全矿化为CO2和H2O.基于三相异质结和多通道光生电子-空穴对分离的形成及促进作用,ZnO/P25光催化活性和速率均明显高于P25.本文报道的多通道载流子分离理念可为高效光催化剂设计和应用提供一种新思路.

英文摘要:

The fabrication of multicomponent heterojunctions is an effective strategy to improve the performance of TiO2 based photocatalysts. We provide a new strategy for improving the charge separation and photocatalytic performance of ZnO /TiO2 composites by the formation of multichannel charge separated heterojunctions. ZnO /P25 composites were prepared by an incipient wetness impregnation method, and applied for the photocatalytic destruction of gaseous toluene. The ZnO /P25 composites consist of anatase TiO2(ATiO2), rutile TiO2(RTiO2) and hexagonal zincite structures. The parasitic phase of ZnO in P25 leads to the formation of ZnO(002)/ATiO2(101)/RTiO2(110) heterojunctions that exhibit enhanced light absorption and improved multichannel electron/hole separation. ZnO /P25 heterojunctions can completely oxidize toluene into CO2 and H2O under ultraviolet light irradiation at room temperature, and show enhanced photocatalytic activity in comparison with P25 owing to the efficient electron-hole separation. Such a multichannel charge separated design strategy may provide new insight into the design of highly effective photocatalysts and their potential technological applications.

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期刊信息
  • 《催化学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国化学会 中国科学院大连化学物理研究所
  • 主编:李灿 张涛
  • 地址:大连市沙河口区中山路457号
  • 邮编:116023
  • 邮箱:chxb@dicp.ac.cn
  • 电话:0411-84379240
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-9837
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1195/O6
  • 邮发代号:8-93
  • 获奖情况:
  • 第三届国家期刊奖提名奖,中国科协精品科技期刊示范项目
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:19199