روش یک مرحله‌ای هیدروترمال برای ساخت ترکیب WO3.0.33H2O/BiOCl به‌عنوان کاتالیست نوری فعال با نور فرابنفش و مرئی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران

چکیده

در سالیان اخیر کاتالیست­ های نوری نیم ه­رسانا به ­دلیل فعالیت کاتالیست نوری که تحت تابش نور خورشید از خود نشان می ­دهند، توجه زیادی در تصفیه آب را به خود جلب کرده ­اند. در این پژوهش از روش ساده و یک مرحله ­ای هیدروترمال برای ساخت کاتالیست نوری ترکیبی WO3.0.33H2O/BiOCl استفاده شد. مشخصه ­یابی نمونه­ ها با روش­ های گوناگونی  مانند پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)،  اندازه­ گیری طیف عبور پخشی (DRS) و فناوری جذب / واجذب گاز نیتروژن انجام شد. عملکرد کاتالیست نوری نمونه­ ها با تخریب رودامین به ­عنوان مدل آلودگی و تحت تابش لامپ زنون (55 وات) و لامپ ال  ای  دی (30 وات) به ترتیب به ­عنوان منابع نور شبیه ساز خورشید و مرئی بررسی شد. نتیجه­ ها نشان داد تغییر نسبت بیسموت به تنگستن تأثیر زیادی بر عملکرد کاتالیست نوری نمونه­ ها دارد و نمونه ساخته شده با نسبت بیسموت به تنگستن 0/1 بهترین عملکرد در مقایسه با دیگر نمونه­ ها را از خود نشان داد. در حضور 10 میلی­گرم از این کاتالیست نوری در داخل 60 میلی لیتر محلول رنگ رودامین­بی (mg/L 10( و تحت تابش لامپ زنون در مدت زمان 80 دقیقه به تقریب 80% مولکول­ های رودامین­بی تخریب شدند. با توجه به نتیجه­ های به ­دست آمده عملکرد کاتالیست نوری بالای نمونه WO3.0.33H2O/BiOCl  برای تخریب مولکول­ های رودامین­بی در مقایسه با دیگر نمونه­ ها به عواملی مانند گاف انرژی کوچک­ تر (eV 21/2 ~)، سطح مؤثر بزرگ­تر (m2/g 60/26) و جفت­ شدگی دو نیمه رسانای WO3.0.33H2O و BiOCl نسبت داده شد. آزمایش مربوط به تعیین گونه ­های فعال در واکنش­های کاتالیست نوری نشان می ­دهد حفره ­ها و رادیکال­های اکسیژن مهم­ترین نقش در تخریب مولکول­ های رودامین ­بی روی کاتالیست نوری ترکیبی  WO3.0.33H2O/BiOCl را بر عهده دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Dong S., Feng J., Fan M., Pi Y., Hu L., Han X., Liu M., Sun J., Sun J., Recent Developments in Heterogeneous Photocatalytic Water Treatment Using Visible Light-Responsive Photocatalysts: A ReviewRsc Advances, 5: 14610-14630 (2015).
[2] Qu J., Fan M., The Current State of Water Quality and Technology Development for Water Pollution Control in ChinaCritical Reviews in Environmental Science and Technology40: 519-560 (2010).
[3] Tanveer M., Guyer G.T., Solar Assisted Photo Degradation of Wastewater by Compound Parabolic Collectors: Review of Design and Operational ParametersRenewable and Sustainable Energy Reviews24: 534-543 (2013).
[4] Wang H., Zhang L., Chen Z., Hu J., Li S., Wang Z., Liu J., Wang X., Semiconductor Heterojunction Photocatalysts: Design, Construction, and Photocatalytic Performances, Chemical Society Reviews43: 5234-5244 (2014).
[5] Opoku F., Govender K.K., Sittert C.G.E., Govender P.P., Recent Progress in the Development of Semiconductor‐Based Photocatalyst Materials for Applications in Photocatalytic Water Splitting and Degradation of Pollutants. Advanced Sustainable Systems, 1700006: 1-24 (2017).
[6] Liu S., Yin K., Ren W., Cheng B., Yu J., Tandem Photocatalytic Oxidation of Rhodamine B over Surface Fluorinated Bismuth Vanadate Crystals, Journal of Materials Chemistry22: 17759-17767 (2012).
[7] Cai H., Cheng L., Xu F., Wang H., Xu W., Li F., Fabrication of the Heterojunction Catalyst BiVO4/P25 and Its Visible-Light Photocatalytic ActivitiesRoyal Society Open Science5: 180752 (2018).
[8] Zheng Y., Chen G., Yu Y., Zhou Y., He F., Synthesis of Carbon Doped WO3.0.33H2O Hierarchical Photocatalyst with Improved Photocatalytic ActivityApplied Surface Science362: 182-190 (2016).
[9] صباغی، صمد؛ ظرافت، محمدمهدی؛ ظرافت، محمدمهدی؛ تجزیه فتوکاتالیستی فنول با استفاده از نانوکامپوزیت C-TiO2، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1) 37: 41 تا50 (1397).
[10] Low J., Yu J., Jaroniec M., Wageh S., Al‐Ghamdi A.A., Heterojunction PhotocatalystsAdvanced Materials29: 1601694 (2017).
[11] Bahramian, A.R., Enhanced Photocatalytic Activity of Sol-Gel Derived Coral-like TiO2 Nanostructured Thin FilmIranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE)35 (2): 27-41 (2016).
 [12] Zhou Y., Zhang S., Ding Y., Zhang L., Zhang C., Zhang X., Zhao Y., Yu G., Efficient Solar Energy Harvesting and Storage Through a Robust Photocatalyst Driving Reversible Redox Reactions, Advanced Materials 103: 1802294–1802297 (2018).
[13] Gondal M.A., Xiaofeng C., Dastageer M.A., "Novel Bismuth-Oxyhalide-Based Materials and Their Applications", Springer, India  (2017).
[15] Tahmasebi N., Maleki Z., Farahnak P., Enhanced Photocatalytic Activities of Bi2WO6/BiOCl Composite Synthesized by One-Step Hydrothermal Method with the Assistance of HClMaterials Science in Semiconductor Processing89: 32-40 (2019).
[16] Li K., Liang Y., Yang J., Gao Q., Zhu Y., Liu S., Xu R., Wu X., Controllable Synthesis of {001} Facet Dependent Foursquare BiOCl Nanosheets: A High Efficiency Photocatalyst for Degradation of Methyl Orange, J. Alloy. Compd., 695: 238–249 (2017).
[17] Tahmasebi N., Madmoli S., Facile Synthesis of a WOx/CsyWO3 Heterostructured Composite as a Visible Light PhotocatalystRSC Advances8: 7014-7021 (2018).
[18] Wu X., Wang J., Zhang G., Katsumata K.I., Yanagisawa K., Sato T., Yin S., Series of MxWO3/ZnO (M= K, Rb, NH4) Nanocomposites: Combination of Energy Saving and Environmental Decontamination FunctionsApplied Catalysis B: Environmental201: 128-136 (2017).
[19] Li G., Jiang B., Xiao S., Lian Z., Zhang D., Jimmy C.Y., Li H., An Efficient Dye-Sensitized BiOCl Photocatalyst for Air and Water Purification under Visible Light IrradiationEnvironmental Science: Processes & Impacts16: 1975-1980 (2014).
[20] Liu W., Shang Y., Zhu A., Tan P., Liu Y., Qiao L., Chu D., Xiong X., J. Pan, Enhanced Performance of Doped BiOCl Nanoplates for Photocatalysis: Understanding from Doping Insight Into Improved Spatial Carrier SeparationJournal of Materials Chemistry A5: 12542-12549 (2017).
[21] Di J., Xia J., Yin S., Xu H., Xu L., Xu Y., He M., Li H., One-Pot Solvothermal Synthesis of Cu-Modified BiOCl via a Cu-Containing Ionic Liquid and Its Visible-Light Photocatalytic PropertiesRSC Advances4: 14281-14290 (2014).
[22] Di J., Xia J., Ji M., Wang B., Yin S., Zhang Q., Chen Z., Li H., Carbon Quantum Dots Modified BiOCl Ultrathin Nanosheets with Enhanced Molecular Oxygen Activation Ability for Broad Spectrum Photocatalytic Properties and Mechanism InsightACS Applied Materials & Interfaces7: 20111-20123 (2015).
[23] Li W., Tian Y., Li H., Zhao C., Zhang B., Zhang H., Geng W., Zhang Q., Novel BiOCl/TiO2 Hierarchical Composites: Synthesis, Characterization and Application on PhotocatalysisApplied Catalysis A: General516: 81-89 (2016).
[24] Fu R., Zeng X., Ma L., Gao S., Wang Q., Wang Z., Huang B., Dai Y., Lu J., Enhanced Photocatalytic and Photoelectrochemical Activities of Reduced TiO2−x/BiOCl HeterojunctionsJournal of Power Sources312: 12-22 (2016).
[25] Han X., Dong S., Yu C., Wang Y., Yang K., Sun J., Controllable Synthesis of Sn-Doped BiOCl for Efficient Photocatalytic Degradation of Mixed-Dye Wastewater under Natural Sunlight IrradiationJournal of Alloys and Compounds685: 997-1007 (2016).
[26] Yang W., Wen Y., Zeng D., Wang Q., Chen R., Wang W., Shan B., Interfacial Charge Transfer and Enhanced Photocatalytic Performance for the Heterojunction WO3/BiOCl: First-Principles StudyJournal of Materials Chemistry A2: 20770-20775 (2014).
[27] Huang Z.F., Song J., Pan L., Jia X., Li Z., Zou J.J., Zhang X., Wang L., W18O49 Nanowire Alignments with a BiOCl Shell as an Efficient PhotocatalystNanoscale6: 8865-8872 (2014).
[28] Yang W., Wen Y., Chen R., Zeng D., Shan, B., Study of Structural, Electronic and Optical Properties of Tungsten Doped Bismuth Oxychloride by DFT CalculationsPhysical Chemistry Chemical Physics16: 21349-21355 (2014).
[29] Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S., Physisorption of Gases, with Special Reference to the Evaluation of Surface Area and Pore Size Distribution (IUPAC Technical Report),. Pure and Applied Chemistry 87: 1051-1069 (2015).
[30] Huang L., Fang W., Yang Y., Wu J., Yu H., Dong X., Wang T., Liu Z., Zhao B., Three-Dimensional MoO3 Nanoflowers Assembled with Nanosheets for Rhodamine B Degradation under Visible LightMaterials Research Bulletin108: 38-45 (2018).
[31] Zhang L., Niu C.G., Xie G.X., Wen X.J., Zhang X.G.,  Zeng G.M., Controlled Growth of BiOCl with Large {010} Facets for Dye Self-Photosensitization Photocatalytic Fuel Cells ApplicationACS Sustainable Chemistry & Engineering5: 4619-4629 (2017).
[32] Zou L.X., Liu Q.C., Zhong Q., Bai X.M., Dong L.J., The Characterization and Photocatalytic Properties of Mesoporous WO3.0.33H2O.NiO Nanocrystalline Synthesized through Using the Microwave Radiation Method, In Advanced Materials Research, 60: 480-485 (2009).
[33] Huizhong A., Yi D.U., Tianmin W.A.N.G., Cong W.A.N.G., Weichang H.A.O., Zhang J., Photocatalytic Properties of Biox (X= Cl, Br, and I)Rare Metals27: 243-250 (2008).
[34] Chen L., Huang R., Xiong M., Yuan Q., He J., Jia J., Yao M.Y., Luo S.L., Au C.T., Yin S.F., Room-Temperature Synthesis of Flower-Like BiOX (X=Cl, Br, I) Hierarchical Structures and Their Visible-Light Photocatalytic ActivityInorganic Chemistry52: 11118-11125 (2013).
[35] Ao Y., Wang K., Wang P., Wang C., Hou J., Fabrication of p-type BiOCl/n-Type La2Ti2O7 Facet-Coupling Heterostructure with Enhanced Photocatalytic PerformanceRsc Advances6: 48599-48609 (2016).
[36] Wang K., Shao C., Li X., Zhang X., Lu N., Miao F., Liu Y., Hierarchical Heterostructures of p-Type BiOCl Nanosheets on Electrospun N-Type TiO2 Nanofibers with Enhanced Photocatalytic ActivityCatalysis Communications67: 6-10 (2015).