Enhanced visible-light photo-oxidation of nitric oxide using bismuth-coupled graphitic carbon nitride composite heterostructures  被引量:6

石榴状单质铋(Bi)球与g-C_3N_4复合材料表现出超强可见光氧化NO性能(英文)

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作  者:李宇涵 吕康乐[1,3] 何咏基 赵再望 黄宇[2] 

机构地区:[1]香港教育大学科学与环境系,中国香港 [2]中国科学院地球环境研究所气溶胶化学与物理重点实验室,陕西西安710061 [3]中南民族大学资源与环境学院,湖北武汉430074

出  处:《Chinese Journal of Catalysis》2017年第2期321-329,共9页催化学报(英文)

基  金:supported by the National Program on Key Basic Research Project (2016YFA0203000);the Early Career Scheme (ECS 809813) from the Research Grant Council, Hong Kong SAR Government;the Croucher Foundation Visitorship for PRC Scholars 2015/16 at The Education University of Hong Kong;the National Natural Science Foundation of China (51672312, 21373275);the Program for New Century Excellent Talents in University (NCET-12-0668)~~

摘  要:Pure bismuth(Bi) metal-modified graphitic carbon nitride(g-C3N4) composites(Bi-CN) with a pomegranate-like structure were prepared by an in situ method.The Bi-CN composites were used as photocatalysts for the oxidation of nitric oxide(NO) under visible-light irradiation.The inclusion of pure Bi metal in the g-C3N4 layers markedly improved the light absorption of the Bi-CN composites from the ultraviolet to the near-infrared region because of the typical surface plasmon resonance of Bi metal.The separation and transfer of photogenerated charge carriers were greatly accelerated by the presence of built-in Mott-Schottky effects at the interface between Bi metal and g-C3N4.As a result,the Bi-CN composite photocatalysts exhibited considerably enhanced efficiency in the photocatalytic removal of NO compared with that of Bi metal or g-C3N4 alone.The pomegranate-like structure of the Bi-CN composites and an explanation for their improved photocatalytic activity were proposed.This work not only provides a design for highly efficient g-C3N4-based photocatalysts through modification with Bi metal,but also offers new insights into the mechanistic understanding of g-C3N4-based photo catalysis.采用一种原位合成工艺制备了具有类石榴结构的金属铋(Bi)单质修饰的g-C_3N_4复合材料(Bi-CN),并用于可见光氧化NO反应中.金属Bi单质镶嵌在CN层间形成的复合物,由于金属Bi单质显著的表面等离子体共振(SPR)作用可将光吸收范围由紫外光延展至近红外,极大地提高了复合物的光吸收.此外,由于Bi单质存在于复合物界面可产生内建莫特-肖特基效应,从而加快光生载流子的分离与转移.由此,Bi-CN复合物光催化剂展现出超强的光催化去除NO性能.我们提出了类石榴结构的形成以及相应的Bi-CN复合物光催化活性的提高机理.这不仅为高效的金属铋单质改性的g-C_3N_4基光催化剂提供了一种新的设计方案,也对g-C_3N_4基光催化的机制理解提出了新的见解.通过X射线衍射、红外光谱和X射线光电子能谱结果发现Bi是以金属单质的形式存在于Bi-CN复合物中,这得益于我们采用了二水合铋酸钠(NaBiO_3·2H_2O)作为铋前驱体,从而成功避免了氧化态铋的形成.Bi-CN复合物中金属铋单质的存在有诸多优点.首先,金属铋单质具有显著的表面SPR效应,它的引入可大大提高复合物的光吸收能力和太阳光利用率.有研究表明,直径为150-200 nm的铋球能够在紫外-可见漫反射图谱(UV-vis)在λ=500 nm处呈现出典型的SPR峰,但本样品在λ=200-800 nm区间内并未发现该SPR峰.由于铋单质的共振受限于其尺寸大小、颗粒形状和构造环境.本文中球形铋单质的直径约为1μm,其可能发生共振效应的峰位置应超过800 nm,因此未发现相应的SPR峰.其次,金属铋单质分散在CN层表面上构建的肖特基垫垒能够高效地阻止光生电子与空穴的复合,促进了光生载流子的分离与转移,从而提高光氧化NO进程.再者,金属铋单质的介入成功构造了Bi-CN异质结,在可见光照射下NO氧化反应中,Bi-CN复合物活性显著高于CN(22.2%)、CN-EG(36.4%)和Bi(14.1%),其中以10%Bi-CN活性

关 键 词:BISMUTH Surface plasmon resonance PHOTO-OXIDATION Nitric oxide Visible light Graphitic carbon nitride 

分 类 号:TB33[一般工业技术—材料科学与工程] O643.36[理学—物理化学]

 

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