MoSe2/ZnO/ZnSe复合物用于高效可见光催化还原Cr(VI)

doi:10.1016/S1872-2067(19)63484-4

摘要/Abstract

摘要： 半导体光催化还原Cr（VI）为Cr（Ⅲ）被认为是一种能够解决环境和能源问题的绿色技术.典型光催化剂ZnO和TiO₂在还原重金属离子和二氧化碳，降解有机污染物，分解水等领域均已被证明是一种有潜力的光催化剂.但是，它们窄的太阳能吸收范围和快的光生载流子复合限制了其实际应用.因此，探索能够响应可见光的高效光催化剂是非常急切的课题.
研究表明，引入窄带半导体构筑异质结复合光催化剂是一种提高ZnO和TiO₂可见光催化活性的有效途径.随着二维石墨烯研究的热潮，具有类石墨烯结构的材料，如过渡金属硫化物MX₂（M=Mo，W，Nb，Ta，Zr；X=S，Se）以其独特的“三明治夹心”层状结构受到了研究者的高度重视.在这些MX₂材料中，MoS₂是间接带隙半导体，能带为1.2 eV，并且随着层数的减小，能带增加到1.8eV，因此，它对可见光具有很好的吸收能力.MoS₂具有比表面积大、吸附能力强、反应活性高等优异的物理和化学性能，被广泛应用于光催化、制氢反应、太阳能电池及锂离子电池等领域.类似于MoS₂，MoSe₂也应该是一种具有潜力的窄带光催化剂.不幸的是，对于MoSe₂在光催化还原Cr（VI）中的应用，还鲜有报道.本文基于ZnO，ZnSe和MoSe₂构筑复合光催化剂，由于它们存在阶梯型的能级结构，使得此复合物能够展现优异的可见光催化性能，这是一种提高ZnO可见光催化活性的有效方法.
扫描电子和高分辨透射电子显微镜结果显示，ZnO和ZnSe纳米颗粒分散在二维MoSe₂片周围，形成很好的界面接触，有利于光生电子-空穴对的快速转移和分离，促进光催化反应的进行.紫外可见吸收光谱结果表明，MoSe₂/ZnO/ZnSe（ZM）复合物在可见光区域展现了很好的吸收.电化学阻抗谱和光电流响应曲线结果表明，ZM复合物中光生载流子复合被有效抑制，延长了其寿命.光催化还原Cr（VI）的实验结果发现，与纯ZnO相比，ZM复合物展现了优异的光催化活性.在可见光照射180min后，ZM复合物对Cr（VI）的还原率达到100%.优异的光催化活性归因于其优异的可见光吸收、阶梯型能级结构和光生载流子的有效转移.光催化重复性实验和X射线衍射图结果表明，在光催化反应之后ZM复合物的结构没有发生变化，具有良好的稳定性.本工作可为进一步设计具有理想功能的二维复合光催化剂提供有价值的信息.

关键词: 过渡金属硫化物, MoSe₂, ZnO, ZnSe, Cr (VI)

Abstract: Photocatalysis activated by visible light remains highly challenging. Here, we report novel MoSe₂/ZnO/ZnSe (ZM) hybrids fabricated via a simple hydrothermal method for photocatalytic reduction of Cr(VI) under visible light irradiation. ZM hybrids show improved photocatalytic reduction ability under visible light irradiation compared to pure ZnO owing to good visible light absorption and rapid electron transfer and separation. The ZM hybrid shows the highest Cr(VI) reduction rate of 100%. Moreover, the photocatalytic Cr(VI) reduction process is mainly controlled by photoinduced electrons.

Key words: Transition metal dichalcogenides, MoSe_2, ZnO, ZnSe, Cr(VI)

任振兴, 刘心娟, 诸葛志豪, 宫银燕, 孙长庆. MoSe₂/ZnO/ZnSe复合物用于高效可见光催化还原Cr(VI)[J]. 催化学报, 2020, 41(1): 180-187.

Zhenxing Ren, Xinjuan Liu, Zhihao Zhuge, Yinyan Gong, Chang Q. Sun. MoSe₂/ZnO/ZnSe hybrids for efficient Cr(VI) reduction under visible light irradiation[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(1): 180-187.

×
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(19)63484-4

https://www.cjcatal.com/CN/Y2020/V41/I1/180

参考文献

[1] Z. Y. Li, T. Yang, C. S. Huang, C. Y. Xu, Q. X. Shao, P. F. Shi, X. Y. Wang, T. Cui, Ecol. Indic., 2018, 89, 356-364.
[2] W. W. Ren, T. Yang, P. F. Shi, C. Y. Xu, K. Zhang, X. D. Zhou, Q. X. Shao, P. Ciais, Global Planet. Change, 2018, 165, 100-113.
[3] X. Y. Wang, T. Yang, M. Wortmann, P. F. Shi, F. Hattermann, A. Lobanova, V. Aich, Clim. Change, 2017, 141, 483-498.
[4] X. Y. Wang, T. Yang, B. Yong, V. Krysanova, P. F. Shi, Z. Y. Li, X. D. Zhou, Environ. Earth Sci., 2018, 77, 465.
[5] J. Liu, W. Z. Fang, Y. H. Wang, M. Y. Xing, J. L. Zhang, Chin. J. Catal., 2018, 39, 8-15.
[6] L. Zhang, Z. Wu, L. W. Chen, L. J. Zhang, X. L. Li, H. F. Xu, H. Y. Wang, G. Zhu, Solid State Sci., 2016, 52, 42-48.
[7] 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.
[8] G. Zhang, D. Chen, N. Li, Q. Xu, H. Li, J. He, J. Lu, J. Colloid Interface Sci., 2018, 514, 306-315.
[9] S. J. Hou, X. T. Xu, M. Wang, T. Lu, C. Q. Sun, L. K. Pan, Chem. Eng. J., 2018, 337, 398-404.
[10] M. F. Ehsan, S. Bashir, S. Hamid, A. Zia, Y. Abbas, K. Umbreen, M. N. Ashiq, A. Shah, Appl. Surf. Sci., 2018, 459, 194-200.
[11] A. J. Cai, X. P. Wang, Y. L. Qi, Z. C. Ma, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 484-490.
[12] K. Z. Qi, B. Cheng, J. G. Yu, W. K. Ho, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1936-1955.
[13] N. Nie, L. Y. Zhang, J. W. Fu, B. Cheng, J. G. Yu, Appl. Surf. Sci., 2018, 441, 12-22.
[14] S. Wang, P. Y. Kuang, B. Cheng, J. G. Yu, C. J. Jiang, J. Alloys Compd., 2018, 741, 622-632.
[15] K. Z. Qi, B. Cheng, J. G. Yu, W. K. Ho, J. Alloys Compd., 2017, 727, 792-820.
[16] Q. L. Xu, L. Y. Zhang, J. G. Yu, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, M. Jaroniec, Mater. Today, 2018, 21, 1042-1063.
[17] Y. Q. Zheng, J. Y. Liu, B. Cheng, W. You, W. K. Ho, H. Tang, Appl. Surf. Sci., 2019, 473, 251-260.
[18] N. Nie, F. He, L. Y. Zhang, B. Cheng, Appl. Surf. Sci., 2018, 457, 1096-1102.
[19] D. D. Zhang, Y. P. Zhao, L. Chen, Appl. Surf. Sci., 2018, 458, 638-647.
[20] J. T. Adeleke, T. Theivasanthi, M. Thiruppathi, M. Swaminathan, T. Akomolafe, A. B. Alabi, Appl. Surf. Sci., 2018, 455, 195-200.
[21] X. J. Liu, B. B. Liu, L. Li, Z. H. Zhuge, P. B. Chen, C. Li, Y. Y. Gong, L. Y. Niu, J. Y. Liu, L. Lei, C. Q. Sun, Appl. Catal. B, 2019, 249, 82-90.
[22] Y. S. Jia, D. Zhao, M. R. Li, H. X. Han, C. Li, Chin. J. Catal., 2018, 39, 421-430.
[23] S. G. Kumar, K. S. R. K. Rao, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 124-148.
[24] 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., 2018, 517, 80-85.
[25] S. Lu, Z. W. Chen, C. Li, H. H. Li, Y. F. Zhao, Y. Y. Gong, L. Y. Niu, X. J. Liu, T. Wang, C. Q. Sun, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 14827-14838.
[26] S. W. Cao, B. J. Shen, T. Tong, J. W. Fu, J. G. Yu, Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1800136.
[27] 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.
[28] H. M. Zhao, Y. F. He, M. Y. Liu, R. Wang, Y. H. Li, W. S. You, Chin. J. Catal., 2018, 39, 495-501.
[29] Y. Y. Duan, S. Q. Song, B. Cheng, J. G. Yu, C. J. Jiang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 199-206.
[30] H. H. Li, Y. Wu, C. Li, Y. Y. Gong, L. Y. Niu, X. J. Liu, Q. Jiang, C. Q. Sun, S. Q. Xu, Appl. Catal. B, 2019, 251, 305-312.
[31] S. W. Hu, L. W. Yang, Y. Tian, X. L. Wei, J. W. Ding, J. X. Zhong, P. K. Chu, Appl. Catal. B, 2015, 163, 611-622.
[32] Z. X. Ren, X. J. Liu, H. P. Chu, H. Z. Yu, Y. Y. Xu, W. Zheng, W. Y. Lei, P. B. Chen, J. W. Li, C. Li, J. Colloid Interface Sci., 2017, 488, 190-195.
[33] Y. Y. Gong, Y. J. Wu, Y. Xu, L. Li, C. Li, X. J. Liu, L. Y. Niu, Chem. Eng. J., 2018, 350, 257-267.
[34] Y. Jiang, H. Y. Ning, C. G. Tian, B. J. Jiang, Q. Li, H. J. Yan, X. L. Zhang, J. Q. Wang, L. Q. Jing, H. G. Fu, Appl. Catal. B, 2018, 229, 1-7.
[35] H. Chen, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, H. Y. Wang, J. G. Yu, C. J. Jiang, J. Colloid Interface Sci., 2019, 537, 736-745.
[36] S. Wang, B. C. Zhu, M. J. Liu, L. Y. Zhang, J. G. Yu, M. H. Zhou, Appl. Catal. B, 2019, 243, 19-26.
[37] B. B. Liu, X. Liu, L. Li, Z. Zhuge, Y. Q. Li, C. Li, Y. Y. Gong, L. Y. Niu, S. Q. Xu, C. Q. Sun, Appl. Surf. Sci., 2019, 484, 300-306.
[38] W. W. Yu, X. A. Chen, W. Mei, C. S. Chen, Y. H. Tsang, Appl. Surf. Sci., 2017, 400, 129-138.
[39] C. S. Chen, W. W. Yu, T. G. Liu, S. Y. Cao, Y. H. Tsang, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2017, 160, 43-53.
[40] S. V. P. Vattikuti, C. Byon, V. Chitturi, Superlatt. Microstruct., 2016, 94, 39-50.
[41] F. Z. Raza, J. H. Park, H. R. Lee, H. I. Kim, S. J. Jeon, J. H. Kim, ACS Catal., 2016, 6, 2754-2759.
[42] X. L. Luo, Z. Y. Chen, S. Y. Yang, Y. H. Xu, J. Colloid Interface Sci., 2018, 532, 456-463.
[43] H. P. Chu, W. Y. Lei, X. J. Liu, J. L. Li, W. Zheng, G. Zhu, C. Li, L. K. Pan, C. Q. Sun, Appl. Catal. A, 2016, 521, 19-25.
[44] 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.
[45] A. F. Shaikh, S. S. Arbuj, M. S. Tamboli, S. D. Naik, S. B. Rane, B. B. Kale, ChemistrySelect, 2017, 2, 9174-9180.
[46] H. R. Liu, Y. C. Hu, X. He, H. S. Jia, X. G. Liu, B. S. Xu, J. Alloys Compd., 2015, 650, 633-640.
[47] C. Cai, Y. F. Xu, H. Y. Chen, X. D. Wang, D. B. Kuang, Electrochim. Acta, 2018, 274, 298-305.
[48] A. R. Khataee, M. Hosseini, Y. Hanifehpour, M. Safarpour, S. W. Joo, Res. Chem. Intermed., 2014, 40, 495-508.
[49] B. Gao, L. F. Liu, J. D. Liu, F. L. Yang, Appl. Catal. B:Environ., 2013, 129, 89-97.
[50] N. Lepot, M. K. Van Bael, H. Van den Rul, J. D'Haen, R. Peeters, D. Franco, J. Mullens, Mater. Lett., 2007, 61, 2624-2627.
[51] P. Vishnoi, A. Sampath, U. V. Waghmare, C. N. R. Rao, Chem. Eur. J., 2017, 23, 886-895.
[52] A. Janotti, C. G. Van de Walle, Phys. Rev. B, 2007, 76, 165202.
[53] L. Liao, D. H. Liu, J. C. Li, C. Liu, Q. Fu, M. S. Ye, Appl. Surf. Sci., 2005, 240, 175-179.
[54] H. P. Chu, W. Y. Lei, X. J. Liu, J. H. Qu, J. L. Li, G. Zhu, L. Y. Niu, L. K. Pan, J. Mater. Sci. Mater. Electron., 2016, 27, 5483-5489.
[55] J. X. Low, J. G. Yu, M. Jaroniec, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, Adv. Mater., 2017, 29, 1601694.
[56] X. L. Wang, S. O. Pehkonen, A. K. Ray, Ind. Eng. Chem. Res., 2004, 43, 1665-1672.
[57] J. Y. Yu, S. D. Zhuang, X. Y. Xu, W. C. Zhu, B. Feng, J. G. Hu, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 1199-1207.
[58] B. Weng, X. Zhang, N. Zhang, Z. R. Tang, Y. J. Xu, Langmuir, 2015, 31, 4314-4322.
[59] X. J. Liu, H. P. Chu, J. L. Li, L. Y. Niu, C. Li, H. L. Li, L. K. Pan, C. Q. Sun, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 4727-4740.
[60] W. Yu, X. J. Liu, L. K. Pan, J. L. Li, J. Y. Liu, J. Zhang, P. Li, C. Chen, Z. Sun, Appl. Surf. Sci., 2014, 319, 107-112.
[61] X. J. Liu, L. K. Pan, T. Lv, Z. Sun, J. Colloid Interface Sci., 2013, 394, 441-444.
[62] 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.
[63] B. B. Liu, X. J. Liu, L. Li, J. W. Li, C. Li, Y. Y. Gong, L. Y. Niu, X. S. Zhao, C. Q. Sun, Chin. J.Catal., 2018, 39, 1901-1909.
[64] B. Liu, K. Nakata, M. Sakai, H. Saito, T. Ochiai, T. Murakami, K. Takagi, A. Fujishima, Catal. Sci. Technol., 2012, 2, 1933-1939.

MoSe₂/ZnO/ZnSe复合物用于高效可见光催化还原Cr(VI)

MoSe₂/ZnO/ZnSe hybrids for efficient Cr(VI) reduction under visible light irradiation

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 14

编辑推荐

Metrics

[1]	苏慧, 姜静, 宋少佳, 安博涵, 李宁, 高旸钦, 戈磊. 过渡金属硫化物相关电催化剂的设计与应用研究[J]. 催化学报, 2023, 44(1): 7-49.
[2]	李斯杰, 谢涌, 赖碧琳, 梁瑛敏, 肖抗, 欧阳婷, 李楠, 刘兆清. 氮掺杂碳球负载原子调控的铁-钴镍黄铁矿用于高效氧催化反应[J]. 催化学报, 2022, 43(6): 1502-1510.
[3]	刘朝鹏, 倪友明, 胡忠攀, 傅怡, 房旭东, 蒋齐可, 陈之旸, 朱文良, 刘中民. ZrO₂晶相对ZnO/ZrO₂+SAPO-34双功能催化剂上合成气制烯烃反应的影响[J]. 催化学报, 2022, 43(3): 877-884.
[4]	蒋洁, 王国宏, 邵琰池, 王娟, 周双, 苏耀荣. 增强制氢性能的ZnO@ZnS空心微球S型异质结光催化剂[J]. 催化学报, 2022, 43(2): 329-338.
[5]	黄武根, 蔡军, 胡俊, 朱俊发, 杨帆, 包信和. Cr掺杂ZnO(10$\overline{1}$0)表面的原子结构和电子性质研究[J]. 催化学报, 2021, 42(6): 971-979.
[6]	胡俊, 李洋洋, 郑燕萍, 陈明树, 万惠霖. 负载型Cu/Al₂O₃和Cu/ZnO催化剂上CO₂加氢的原位FTIR及准原位XPS/HS-LEIS研究[J]. 催化学报, 2021, 42(3): 367-375.
[7]	潘静文, 关中杰, 杨建军, 李秋叶. ZnIn₂S₄/SnS₂3D异质结的制备及其在可见光下高效还原Cr(VI)的应用[J]. 催化学报, 2020, 41(1): 200-208.
[8]	曹雪芹, 李晗芳, 李国然, 高学平. 磁控溅射法原位制备电催化活性的MoSe₂用于染料敏化太阳能电池对电极[J]. 催化学报, 2019, 40(9): 1360-1365.
[9]	刘亚青, 潘原, 王红英, 柳云骐, 刘晨光. 反应吸附脱硫中有序介孔Cu-ZnO-l₂O₃吸附剂提高其饱和硫容[J]. 催化学报, 2018, 39(9): 1543-1551.
[10]	程瑞华, 周宇杰, 侯侨丽, 刘柏平. 稀土三元催化体系ZnO/SiO₂负载化及季铵盐催化CO₂与环氧丙烷合成高分子量聚碳酸酯[J]. 催化学报, 2018, 39(8): 1303-1310.
[11]	张学伟, 张学亮, 王鑫, 刘乐全, 叶金花, 王德法. 类石墨碳修饰提高ZnO纳米棒阵列光催化活性和光稳定性的研究[J]. 催化学报, 2018, 39(5): 973-981.
[12]	王茀学, 衣晓虹, 王崇臣, 邓积光. 一种稳定二维配位聚合物用于光催化还原Cr(VI)及降解有机污染物[J]. 催化学报, 2017, 38(12): 2141-2149.
[13]	Jalal Albadi, Amir Alihosseinzadeh, Mehdi Mardani. Efficient approach for the chemoselective acetylation of alcohols catalyzed by a novel metal oxide nanocatalyst CuO-ZnO[J]. 催化学报, 2015, 36(3): 308-313.
[14]	张磊, 潘立卫, 倪长军, 孙天军, 赵生生, 王树东, 胡永康, 王安杰. 沉淀温度对 CuO/ZnO/CeO₂/ZrO₂ 甲醇水蒸气重整制氢催化剂性能的影响[J]. 催化学报, 2012, 33(12): 1958-1964.