新型生物质衍生碳光催化降解水体有机污染物新进展
生态环境危机是制约人类发展的一个重要因素,生物质衍生碳材料具有可设计的结构特点,近年来在催化降解水环境中有机污染物的应用领域已引起了极大的关注。然而,构建具有多色生物质衍生物碳点协同增强高效异质结构的催化性能,以实现新型半导体光催化材料的能带调节仍具有一定的挑战性。
研究概述
研究团队以绿茶为原料,通过不同工艺制备的红色和蓝色荧光发射碳量子点被用于增强BiOBr/C3N4的Z型异质结对水环境RhB的高效降解。碳量子点的引入大大改善了复合材料的光响应和催化性能。与蓝色发光碳点相比,20 wt%红色发射碳点的片状结构为催化剂提供了更高的比表面积(89.26 m2 g-1),更多的活性位点使红光荧光发光碳点负载BiOBr/C3N4催化材料在紫外光下15分钟内降解98.48%的RhB。此外,实验还详细研究了催化剂的能带结构和RhB的降解机理及降解途径。由制备碳点后的剩余产物可再次制得的水热活性炭可在10分钟内吸附95%的RhB样品,也证明了生物质废弃物资源化再利用的应用潜力。本研究结果表明,将多色荧光发射碳量子点与生物质和异质结催化剂相结合,为可废弃生物质资源的深度利用和高效催化提供新机遇。未来,以生物质碳为催化剂载体或调带材料的新型催化剂必将成为农林业发展的重要方向之一。
上述研究成果以题名Carbon quantum dots from tea enhance z-type BiOBr/C3N4 heterojunctions for RhB degradation: Catalytic effect, mechanisms, and intermediates发表在Applied Surface Science期刊(Volume 639, 1 December 2023, 158254)。
研究内容
图1 茶叶多色碳点增强BiOBr/C3N4光催化材料的制备
图2 茶叶多色碳点增强BiOBr/C3N4光催化材料的结构形貌
图3 (a) 光催化材料的降解曲线和 (b) 伪一阶动力学曲线。(c) 反应过程中催化剂的用量、(d) 浓度和 (e) pH 值;(f) 催化剂在 300 w Xe 灯下对 RhB 的降解曲线;(g) 可见光下光催化降解 RhB 的紫外可见吸收曲线;(h)室外阳光下光催化降解 RhB 的紫外可见吸收曲线; (i) 不同光源下RhB 的光催化降解曲线
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