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球磨法製備具有增強NO去除活性和NO2−/NO3−選擇性的Bi12GeO20基複合體係:表麵氧空位和n-p異質結構的協同作用。
發布時間:2022-08-31    瀏覽量:2334

1. 文章信息(xī)

標(biāo)題(tí):Enhanced photocatalytic NO removal with the superior selectivity for NO2−/NO3− species of Bi12GeO20-based composites via a ball-milling treatment: Synergetic effect of surface oxygen vacancies and n-p heterojunctions

頁碼:Composites Part B: Engineering, 2022: 109600.

2. 文章鏈接

專用鏈接(jiē):

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836821009665

3.期刊信息

期刊名:Composites Part B: Engineering

ISSN:1359-8368

影響因子:11.322

分區信息:中科院一區Top; JCR分區(Q1)

涉及研究方(fāng)向:工程技術: 多學科;材(cái)料科學,複合物

4. 作者信息:上海理工大學常飛(第一作者(zhě),第一通訊(xùn)作者),胡學鋒(第二通訊作者),劉登國(第三通訊作者),孔源(第四通訊作者)

5. 光源型號(hào):北(běi)京香蕉视频污视频(CEL-LAX500, Aulight, Beijing)(500 W氙燈(dēng))





文章簡介:

氮氧化物(NOx,主要(yào)指NO和(hé)NO2)是造成酸雨、臭氧形成(chéng)、光(guāng)化學煙(yān)霧(wù)和全球變暖等環境問題的主要原因(yīn)之(zhī)一。此(cǐ)外,氮氧化物能夠對(duì)人類健康產生各種有害的影響,長期接觸低濃度(dù)氮氧化物會引起慢性咽喉炎、慢性支氣管炎等,也會引發不同程度的(de)神(shén)經衰弱綜合症(zhèng)及牙齒酸蝕症。由於2019年臭氧濃度明(míng)顯增加,氮氧化物減排已列入中(zhōng)國“十四五”規劃。


在汽車動力裝置和帶有燃燒單元工業裝(zhuāng)置產生的NOx中,NO是一種占比很大的(de)重要成(chéng)分,應該通過適當的處理過程來有效消除。由於在溫和條件下,半導體光催化技術可以通過吸收具有適當能量的入射(shè)光,以空(kōng)氣中的分子氧作為氧化劑來完成各種汙染物的去除,特別(bié)適合低濃度(ppb)水平NOx的有效去除(chú)。在此過程中,NO的氧化易導致具有更強毒性NO2的累積,因此需要設計合成具有良好NO去除和抑製NO2 產(chǎn)生的催化體係(xì)。


雖然機(jī)械球磨法可以滿(mǎn)足實驗室和工業生產的各種需求,被認為是材(cái)料加工中最經濟、直接(jiē)、綠色的技術之一,並(bìng)經常用於固相之間的物理混合和化學改(gǎi)性,但從未用於球(qiú)磨製備Bi2S3。而且在球磨過程中,固(gù)-固接觸界麵可以誘導表(biǎo)麵氧空(kōng)位(OVs)的產生。


界麵光生(shēng)載流子和活性物種調控和體係的光(guāng)催化性能(néng)密切相關。表麵OVs作為吸附和反應活(huó)性位點,易於協同異質結構提高載流子的轉移和分離效率(lǜ),有效促進活性物種的生成和體係(xì)光催化性能的改善,因此在光催化NO去除領域頗受關注。為(wéi)提高軟鉍礦Bi12GeO20的光催化NO去除效率,本文(wén)首次以硫粉為(wéi)硫源,采用綠色環保的機械球磨技術製備了Bi12GeO20基複合材(cái)料Bi12GeO20-Bi2S3。經分析表征,證(zhèng)實形(xíng)成(chéng)了具有豐富表麵OVs的n-p異質結構的複合體(tǐ)係。


這(zhè)些複合材料在可見光下可(kě)有效增強ppb濃度水(shuǐ)平NO的光催(cuī)化去除,對生成硝酸根和亞硝酸根離子具有較高的選擇性,顯著抑製了毒性中間體NO2的產生。其中,最佳的(de)複合樣品BGS0.1具有最高的NO去除率和最強的硝酸(suān)根和亞硝酸根選擇性(96%),這主要與增強的可見光(guāng)吸收、優異的微觀結構和匹配的(de)能帶結構密(mì)切相關。


密度泛(fàn)函理論計(jì)算(suàn)表明表麵OVs對異質複合體係的能帶(dài)結構(gòu)和(hé)反應路徑具有明顯影響:表麵OVs能促進NO的吸附(fù),表麵OVs與異質結構一起能促進後續的氧化去除過程。基(jī)於(yú)實驗和分析結果,初步推測這些具有良好結構穩定性和可重複利用(yòng)性的n-p異質(zhì)結構為(wéi)Z-Scheme複合體係(xì)。本研究為(wéi)機械球磨構建具有豐富表麵氧空位的異質結構複合體係(xì)進行了有益嚐試,也為軟鉍礦(kuàng)Bi12GeO20的改性及在可見光光催化去除NO方麵的研究(jiū)提(tí)供了新的思路。



                                圖(tú) 1所製備樣品的NO濃度變化 (a)NOx 濃度變化 (b)NO2產生 (c)NO2-/NO3-的選擇性(d)


                            圖 2 BGO (a)BGS0.1 (b)吸附過程和BGO (c)BGS0.1 (d)光催化NO去除過程的原位DRIFTS


 3 BGS0.1(N) (a)BGS0.1 (b)的變化密度分布(bù),BGO, BGS0.1(N), BGS0.1 的(de)吸附和反應活化能的DFT計算變化 (c)


 4 BGS複合體係光催化去除NO的機理圖



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