Композитные фотокатализаторы g-C3N4/TiO2 для получения водорода и разложения красителей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе изучена фотокаталитическая активность композитных образцов g-C3N4/TiO2 в процессах разложения красителя (метиленового синего) и выделения водорода из водного раствора этанола под действием видимого излучения (400 нм). Предложен новый оригинальный метод синтеза композита g-C3N4/TiO2 с помощью нанесения g-C3N4 на наночастицы TiO2 во время золь-гель синтеза. Синтезированные фотокатализаторы охарактеризованы комплексом физико-химических методов анализа (рентгеновская дифракция, низкотемпературная адсорбция газа, рентгенофотоэлектронная спектроскопия, просвечивающая микроскопия высокого разрешения, спектроскопия диффузного отражения в УФ и видимой области). Максимальная активность в получении водорода составила 1.3 ммоль гкат–1ч–1, что превышает скорость выделения водорода на немодифицированных образцах g-C3N4 и TiO2.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Журенок

ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Email: kozlova@catalysis.ru
Россия, пр-т Академика Лаврентьева, 5, Новосибирск, 630090

А. А. Сушникова

ФГБУН Институт металлургии УрО РАН

Email: kozlova@catalysis.ru
Россия, ул. Амундсена, 101, Екатеринбург, 620016

А. А. Валеева

ФГБУН Институт химии твердого тела УрО РАН

Email: kozlova@catalysis.ru
Россия, ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620990

А. Ю. Куренкова

ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Email: kozlova@catalysis.ru
Россия, пр-т Академика Лаврентьева, 5, Новосибирск, 630090

Д. Д. Мищенко

ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН; Институт катализа им. Г.К. Борескова

Email: kozlova@catalysis.ru

Центр коллективного пользования “СКИФ” 

Россия, пр-т Академика Лаврентьева, 5, Новосибирск, 630090; Никольский пр-т, 1, Кольцово, 630559

Е. А. Козлова

ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН; ФГБУН Институт металлургии УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kozlova@catalysis.ru
Россия, пр-т Академика Лаврентьева, 5, Новосибирск, 630090; ул. Амундсена, 101, Екатеринбург, 620016

А. А. Ремпель

ФГБУН Институт металлургии УрО РАН

Email: kozlova@catalysis.ru
Россия, ул. Амундсена, 101, Екатеринбург, 620016

Список литературы

  1. Sun W., Zhu J., Zhang M., Meng X., Chen M., Feng Y., Chen X., Ding Y. // Chin. J. Catal. 2022. V. 43. P. 2273.
  2. Zhang S., Wang K., Li F., Ho S.H. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 37517.
  3. Yakushev A.A., Abel A.S., Averin A.D., Beletskaya I.P., Cheprakov A.V., Ziankou I.S., Bonneviot L, Bessmertnykh-Lemeune A. // Coord. Chem. Rev. 2022. V. 458. P. 214331.
  4. Любина Т.П., Козлова Е.А. // Кинетика и катализ. 2012. Т. 53. № 2. С. 197. (Lyubina T.P., Kozlova E.A. // Kinet. Catal. 2012. V. 53. № 2. P. 188).
  5. Valeeva A.A., Dorosheva I.B., Kozlova E.A., Sushnikova A.A., Kurenkova A.Y., Saraev А., Schroettner H., Rempel А. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. P. 16917.
  6. Rempel A.A., Valeeva A.A. // Russ. Chem. Bull. 2019. V. 68. P. 2163.
  7. Valeeva A.A., Rempel A.A., Rempel S.V., Sadovnikov S.I., Gusev A.I. // Russ. Chem. Rev. 2021. V. 90. P. 601.
  8. Yang H. // Mater. Res. Bull. 2021. V. 142. P. 111406.
  9. Su Y.W., Lin W.H., Hsu Y.J., Wei K.H. // Small. 2014. V. 10. P. 4427.
  10. Patial S., Raizada P., Hasija V., Singh P., Thakur V.K., Nguyen V.H. // Mater. Today Energy. 2021. V. 19. P. 100589.
  11. Xu J., Shen J., Jiang H., Yu X., Ahmad Qureshi W., Maouche C,; Gao J., Yang J., Liu Q. // J. Ind. Eng. Chem. 2023. V. 119. P. 112.
  12. Eddy D.R., Permana M.D., Sakti L.K., Sheha G.A.N., Solihudin G.A.N., Hidayat S., Takei T., Kumada N., Rahayu I. // Nanomater. 2023. V.13. P. 704.
  13. Rafique M., Hajra S., Irshad M., Usman M., Imran M., Assiri M.A., Ashraf W.M. // ACS Omega. 2023. V. 8. P. 25640.
  14. Rempel A.A., Valeeva A.A., Vokhmintsev A.S., Weinstein I.A. // Russ. Chem. Rev. 2021. V. 90. P. 1397.
  15. Dorosheva I.B., Valeeva A.A., Rempel A.A., Trestsova M.A., Utepova I.A., Chupakhin O.N. // Inorg. Mater. 2021. V. 57. P. 503.
  16. Fujishima A., Rao T.N., Tryk D.A. // J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. 2000. V. 1. P. 1.
  17. Yan H., Wang X., Yao M., Yao X. // Prog. Nat. Sci. Mater. Int. 2013. V. 23. P. 402.
  18. Qiang W., Qu X., Chen C., Zhang L., Sun D. // Mater. Today Commun. 2022. V. 33. 104216.
  19. Cheng Y., Gao J., Shi Q., Li Z., Huang W. // J. Alloys Compd. 2022. V. 901. P. 163562.
  20. Ansari F., Sheibani S., Fernandez-García M. // J. Alloys Compd. 2022. V. 919. P. 165864.
  21. Yin Z., Zhang X., Yuan X., Wei W., Xiao Y., Cao S. // J. Clean. Prod. 2022. V. 375. P. 134112.
  22. Etacheri V., Di Valentin C., Schneider J., Bahnemann D., Pillai S.C. // J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. 2015. V. 25. P. 1.
  23. Tang Z., Xu L., Shu K., Yang J., Tang H. // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2022. V. 642. P. 128686.
  24. Sabir M., Rafiq K., Abid M.Z., Quyyum U., Shah S.S.A., Faizan M., Rauf A., Iqbal S., Hussain E. // Fuel. 2023. V. 353. P. 129196.
  25. Luo T., Sun X., Ma D., Wang G., Yang F., Zhang Y., Huang J., Zhang H., Wang J., Peng F. // J. Phys. Chem. C. 2023. V. 127. P. 1372.
  26. Shi Q., Zhang X., Li Z., Raza A., Li G. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2023. V. 15. P. 30161.
  27. Zhang H., Su T., Yu S., Liao W., Ren W., Zhu Z., Yang K., Len C., Dong G., Zhao D., Lü H. // Mol. Catal. 2023. V. 536. P. 112916.
  28. Priya B.A., Sivakumar T., Venkateswari P. // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2022. V. 33. P. 6646.
  29. Li Y., He Z., Liu L., Jiang Y., Ong W.J., Duan Y., Ho W., Dong F. // Nano Energy. 2023. V. 105. P. 108032.
  30. Wang J., Wang S. // Coord. Chem. Rev. 2022. V. 453. P. 214338.
  31. Dong G., Zhang Y., Pan Q., Qiu J. // J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. 2014. V. 20. P. 33.
  32. Sun Y., Kumar V., Kim K.H. // Sep. Purif. Technol. 2023. V. 305. P. 122413.
  33. Kozlova E.A., Valeeva A.A., Sushnikova A.A., Zhurenok A.V., Rempel A.A. // Nanosyst. Phys. Chem. Math. 2022. V. 13. P. 632.
  34. Fina F., Callear S.K., Carins G.M., Irvine J.T.S. // Chem. Mater. 2015. V. 27. P. 2612.
  35. Qiu P., Chen H., Xu C., Zhou N., Jiang F., Wang X., Fu Y.J. // Mater. Chem. A. 2015. V. 3. P. 24237.
  36. Tang C., Cheng M., Lai C., Li L., Yang X., Du L., Zhang G., Wang G., Yang L. // Coord. Chem. Rev. 2023. V. 474. P. 214846.
  37. Mai W., Wen F., Xie D., Leng Y., Mu Z. // J. Adv. Ceram. 2014. V. 3. P. 49.
  38. Kaichev V.V., Chesalov Y.A., Saraev A.A., Klyushin A.Y., Knop-Gericke A., Andrushkevich T.V., Bukhtiyarov V.I. // J. Catal. 2016. V. 338. P. 82.
  39. Kaichev V.V., Popova G.Y., Chesalov Y.A., Saraev A.A., Zemlyanov D.Y., Beloshapkin S.A., Knop-Gericke A., Schlögl R., Andrushkevich T.V., Bukhtiyarov V.I. // J. Catal. 2014. V. 311. P. 59.
  40. Finetti P., Sedona F., Rizzi G.A., Mick U., Sutara F., Svec M., Matolin V., Schierbaum K., Granozzi G. // J. Phys. Chem. C. 2007. V. 111. P. 869.
  41. Hasegawa Y., Ayame A. // Catal. Today. 2001. V. 71. P. 177.
  42. Luan Z., Maes E.M., Van Der Heide P.A.W., Zhao D., Czernuszewicz R.S., Kevan L. // Chem. Mater. 1999. V. 11. P. 3680.
  43. Dong F., Zhao Z., Xiong T., Ni Z., Zhang W., Sun Y., Ho W.K. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2013. V. 5. P. 11392.
  44. Liu H., Chen D., Wang Z., Jing H., Zhang R. // Appl. Catal. B: Environ. 2017. V. 203. P. 300.
  45. Kumar Singh A., Das C., Indra A. // Coord. Chem. Rev. 2022. V. 465. P. 214516.
  46. Alcudia-Ramos M.A., Fuentez-Torres, M.O., Ortiz-Chi F., Espinosa-González C.G., Hernández Como N., García-Zaleta D.S., Kesarla M.K., Torres-Torres J.G., Collins-Martínez V., Godavarthi S. // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 38.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дифрактограммы (a) и график в координатах Тауца спектров отражения (б) фотокатализаторов TiO2-as.pr., TiO2, g-C3N4 и g-C3N4/TiO2.

Скачать (596KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектры Ti2p (а) и N1s (б) исследованных образцов. Спектры нормированы на интегральную интенсивность пиков, соответствующих спектров Ti2p (в случае TiO2 и композитных фотокатализаторов g-C3N4/TiO2) или интегральную интенсивность пика C1s, соответствующего спектру g-C3N4, в случае немодифицированного образца g-C3N4.

Скачать (836KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изображения ПЭМ ВР образцов g-C3N4 (а), TiO2 (б), 1% g-C3N4/TiO2-1 (в), 1% g-C3N4/TiO2-2 (г), 5% g-C3N4/TiO2-1 (д), 5% g-C3N4/TiO2-2 (е).

Скачать (2MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кинетические кривые выделения водорода из водного раствора этанола в присутствии фотокатализаторов с нанесенной платиной (а) и изменения концентрации МС (б); изменения

Скачать (846KB)
Метаданные