Luận án phát triển photocatalyst Z-scheme hiệu quả - Nghiên cứu của Nguyễn Văn Quang tại Yeungnam University

Tối ưu hóa hiệu suất photocatalyst Z-scheme cho các ứng dụng xanh. Nghiên cứu cấu trúc, cơ chế và phương pháp tổng hợp.

Trường ĐH

Yeungnam University

Chuyên ngành
Chemical Engineering
Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án tiến sĩ

Năm xuất bản

Số trang

237

Thời gian đọc

36 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tổng quan nhanh

Chủ đề:
Phát triển chất quang xúc tác Z-scheme hiệu quả cho môi trường
Số trang:
237 trang
Trường:
Yeungnam University
Chuyên ngành:
Chemical Engineering
Tác giả:
Năm:

Tóm tắt nội dung luận án

I.Phát triển chất quang xúc tác Z scheme hiệu quả cho môi trường

Nhu cầu xử lý ô nhiễm môi trường ngày càng cấp thiết. Nước thải chứa nhiều chất hữu cơ độc hại gây thách thức lớn. Các phương pháp truyền thống thường kém hiệu quả, tốn kém hoặc tạo chất thải phụ. Công nghệ quang xúc tác mang đến giải pháp bền vững. Nó sử dụng năng lượng ánh sáng để phân hủy chất ô nhiễm. Hệ thống quang xúc tác Z-scheme thu hút sự chú ý đặc biệt. Đây là một thiết kế tiên tiến trong lĩnh vực chất quang xúc tác dị thể. Cơ chế Z-scheme được xem là giải pháp lý tưởng. Nó cải thiện đáng kể hoạt tính và độ ổn định của xúc tác. So với các thiết kế thông thường, Z-scheme hứa hẹn hiệu suất vượt trội. Việc phát triển các hệ thống Z-scheme hiệu quả là trọng tâm nghiên cứu. Chúng góp phần vào công cuộc làm sạch môi trường.

1.1. Nhu cầu cấp thiết về xử lý ô nhiễm

Ô nhiễm môi trường đang là thách thức toàn cầu. Nước thải công nghiệp và sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ độc hại. Công nghệ xử lý truyền thống thường tốn kém, kém hiệu quả hoặc tạo ra chất thải thứ cấp. Cần các giải pháp bền vững và thân thiện môi trường. Chất quang xúc tác đại diện cho một hướng đi đầy hứa hẹn. Chúng sử dụng năng lượng ánh sáng để phân hủy các chất ô nhiễm. Việc khai thác năng lượng mặt trời là một ưu điểm lớn.

1.2. Giới thiệu hệ thống quang xúc tác Z scheme

Hệ thống quang xúc tác Z-scheme thu hút sự chú ý đáng kể. Đây là một thiết kế tiên tiến trong lĩnh vực chất quang xúc tác dị thể. Cơ chế Z-scheme được coi là giải pháp lý tưởng. Nó cải thiện hoạt tính và độ ổn định của xúc tác. So với các thiết kế thông thường, Z-scheme mang lại hiệu suất vượt trội. Hệ thống này tối ưu hóa việc sử dụng các vật liệu bán dẫn. Mục tiêu là tạo ra các chất quang xúc tác hiệu quả cao cho ứng dụng thực tế.

II.Ưu điểm vượt trội của cơ chế Z scheme trong xúc tác quang

Cơ chế Z-scheme mang lại nhiều lợi thế đáng kể. Nó giải quyết vấn đề tái tổ hợp điện tử-lỗ trống hiệu quả. Đây là một hạn chế cố hữu của nhiều chất quang xúc tác truyền thống. Hệ thống Z-scheme giảm đáng kể sự tái tổ hợp. Đồng thời, nó duy trì khả năng oxy hóa khử mạnh mẽ. Sự duy trì năng lực redox nổi bật là yếu tố then chốt. Nó đảm bảo hiệu suất cao trong các phản ứng quang xúc tác. Các vị trí phản ứng được duy trì ở thế oxy hóa khử tối ưu. Điều này dẫn đến hiệu quả chuyển hóa chất ô nhiễm cao hơn. Cơ chế này đã được chứng minh vượt trội so với các thiết kế khác. Nó mở ra hướng đi mới cho việc phát triển chất quang xúc tác.

2.1. Tối ưu hóa tách điện tích và năng lực oxy hóa khử

Cơ chế Z-scheme giải quyết vấn đề tái tổ hợp điện tử-lỗ trống. Đây là một hạn chế lớn của nhiều chất quang xúc tác truyền thống. Hệ thống Z-scheme giảm đáng kể sự tái tổ hợp các điện tử và lỗ trống quang tạo. Đồng thời, nó duy trì khả năng oxy hóa khử mạnh mẽ. Sự duy trì năng lực redox nổi bật là yếu tố then chốt. Điều này đảm bảo hiệu quả cao trong các phản ứng quang xúc tác. Các vị trí phản ứng được duy trì ở thế oxy hóa khử tối ưu, tăng cường khả năng phân hủy.

2.2. Khắc phục hạn chế của các hệ thống quang xúc tác truyền thống

Nhiều chất quang xúc tác loại II truyền thống gặp khó khăn. Chúng thường không thể vừa có khả năng tách điện tích tốt vừa duy trì thế oxy hóa khử mạnh. Cơ chế Z-scheme khắc phục nhược điểm này. Nó cho phép cả hai bán dẫn trong dị thể đóng góp vào quá trình quang xúc tác. Điều này dẫn đến sự kết hợp ưu điểm của cả hai vật liệu. Hoạt tính quang xúc tác tổng thể được cải thiện rõ rệt. Việc tận dụng tối đa phổ ánh sáng mặt trời cũng được tối ưu hóa.

III.Phát triển vật liệu bán dẫn Z scheme đa dạng và hiệu quả

Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng các hệ thống Z-scheme đa dạng. Nhiều vật liệu bán dẫn khác nhau được sử dụng. Chúng bao gồm TiO2, C-MoS2, BiPO4, BiOCl, Ag/AgBr, BiOBr và Bi2O3. Mỗi vật liệu mang lại đặc tính quang điện tử độc đáo. Việc kết hợp chúng tạo ra các dị thể Z-scheme. Các dị thể này có khả năng hấp thụ ánh sáng và xúc tác hiệu quả. Kỹ thuật vùng cấm được xem xét để tối ưu hóa hiệu suất. Các phương pháp tổng hợp tiên tiến được áp dụng. Điều này đảm bảo tạo ra vật liệu với cấu trúc mong muốn. Ví dụ, phương pháp hai bước được sử dụng cho ZnO/rGO composite. Quá trình tổng hợp được tối ưu hóa để kiểm soát hình thái và kích thước hạt. Sau tổng hợp, vật liệu được đặc trưng hóa kỹ lưỡng. Các kỹ thuật tiên tiến được sử dụng để phân tích cấu trúc và tính chất.

3.1. Các vật liệu bán dẫn tiềm năng cho cấu trúc Z scheme

Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng các hệ thống Z-scheme đa dạng. Các vật liệu bán dẫn khác nhau được sử dụng. Chúng bao gồm TiO2, C-MoS2, BiPO4, BiOCl, Ag/AgBr, BiOBr và Bi2O3. Mỗi vật liệu mang lại những đặc tính quang điện tử độc đáo. Việc kết hợp chúng tạo ra các dị thể Z-scheme. Các dị thể này có khả năng hấp thụ ánh sáng và xúc tác hiệu quả. Kỹ thuật vùng cấm được xem xét để tối ưu hóa hiệu suất. Sự đa dạng vật liệu mở rộng khả năng ứng dụng.

3.2. Phương pháp tổng hợp và đặc trưng hóa vật liệu

Các phương pháp tổng hợp tiên tiến được áp dụng. Điều này đảm bảo tạo ra vật liệu với cấu trúc mong muốn. Ví dụ, phương pháp hai bước được sử dụng cho ZnO/rGO composite. Quá trình tổng hợp được tối ưu hóa để kiểm soát hình thái và kích thước hạt. Sau tổng hợp, vật liệu được đặc trưng hóa kỹ lưỡng. Các kỹ thuật như nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử và quang phổ được sử dụng. Điều này giúp hiểu rõ cấu trúc và tính chất của các chất quang xúc tác dị thể. Việc kiểm soát cấu trúc là chìa khóa để đạt hiệu quả cao.

IV.Ứng dụng phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ dưới ánh sáng mặt trời

Các hệ thống quang xúc tác Z-scheme được thử nghiệm rộng rãi. Chúng được đánh giá khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước. Các ví dụ bao gồm methylene blue (MB), rhodamine B (RhB), methyl orange (MO). Ngoài ra, tetracycline hydrochloride (TCH) và hydroxychloroquine (HCQ) cũng được nghiên cứu. Đây là các loại thuốc và kháng sinh thường xuyên được tìm thấy trong môi trường nước. Các thí nghiệm cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ chúng. Cơ chế phân hủy chất ô nhiễm tại mỗi hệ thống quang xúc tác được thảo luận chi tiết. Quá trình này bao gồm việc tạo ra các gốc tự do mạnh. Các gốc này tấn công các liên kết hóa học của phân tử ô nhiễm. Chúng phân hủy các phân tử hữu cơ thành các sản phẩm ít độc hơn. Khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời là một lợi thế lớn. Điều này mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải.

4.1. Hiệu suất phân hủy các loại chất ô nhiễm khác nhau

Các hệ thống quang xúc tác Z-scheme được thử nghiệm rộng rãi. Chúng được đánh giá khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ. Các ví dụ bao gồm methylene blue (MB), rhodamine B (RhB), methyl orange (MO). Ngoài ra, tetracycline hydrochloride (TCH) và hydroxychloroquine (HCQ) cũng được nghiên cứu. Đây là các loại thuốc và kháng sinh thường xuyên được tìm thấy trong môi trường nước. Các thí nghiệm cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ chúng. Hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng mặt trời làm tăng tính khả thi.

4.2. Cơ chế phân hủy chi tiết và tiềm năng ứng dụng

Cơ chế phân hủy chất ô nhiễm tại mỗi hệ thống quang xúc tác được thảo luận. Quá trình này bao gồm việc tạo ra các gốc tự do mạnh. Các gốc này như superoxide (•O2-) và hydroxyl (•OH) tấn công các liên kết hóa học. Chúng phân hủy các phân tử hữu cơ thành các sản phẩm ít độc hơn. Khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời là một lợi thế lớn. Điều này mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi. Ứng dụng bao gồm xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt. Phân hủy chất ô nhiễm quang xúc tác là một giải pháp xanh.

V.Phân tích cơ chế Z scheme và hoạt tính quang xúc tác

Cơ chế Z-scheme đóng vai trò trung tâm trong việc tăng cường hoạt tính quang xúc tác. Nó tạo ra một con đường hiệu quả cho sự di chuyển của điện tích. Các điện tử từ vật liệu có thế conduction band (CB) cao hơn. Chúng di chuyển sang vật liệu có valence band (VB) thấp hơn thông qua một trung gian. Điều này giúp duy trì các lỗ trống có thế oxy hóa cao và các điện tử có thế khử thấp. Kết quả là phản ứng quang xúc tác được tăng cường đáng kể. Luận án này xây dựng câu chuyện về các hệ thống quang xúc tác khác nhau. Từ cấu trúc đơn giản như ZnO/graphene. Đến các cấu trúc Z-scheme phức tạp giữa nhiều vật liệu bán dẫn. Với mỗi hệ thống, phương pháp tổng hợp, đặc trưng hóa và hoạt tính quang xúc tác được trình bày. Nghiên cứu tập trung vào phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ trong nước. Việc hiểu rõ cơ chế là chìa khóa để thiết kế các chất quang xúc tác hiệu quả hơn.

5.1. Vai trò của cơ chế Z scheme trong nâng cao hoạt tính

Cơ chế Z-scheme đóng vai trò trung tâm trong việc tăng cường hoạt tính quang xúc tác. Nó tạo ra một con đường hiệu quả cho sự di chuyển của điện tích. Các điện tử từ vật liệu có thế conduction band (CB) cao hơn. Chúng di chuyển sang vật liệu có valence band (VB) thấp hơn thông qua một trung gian. Điều này giúp duy trì các lỗ trống có thế oxy hóa cao và các điện tử có thế khử thấp. Kết quả là phản ứng quang xúc tác được tăng cường đáng kể. Hiệu quả tách điện tích là then chốt.

5.2. Nghiên cứu sâu về các hệ thống dị thể Z scheme cụ thể

Luận án này xây dựng câu chuyện về các hệ thống quang xúc tác khác nhau. Từ cấu trúc đơn giản như ZnO/graphene. Đến các cấu trúc Z-scheme phức tạp giữa nhiều vật liệu bán dẫn. Với mỗi hệ thống, phương pháp tổng hợp, đặc trưng hóa và hoạt tính quang xúc tác được trình bày. Nghiên cứu tập trung vào phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ trong nước. Việc hiểu rõ cơ chế là chìa khóa để thiết kế các chất quang xúc tác hiệu quả hơn. Các vật liệu bán dẫn được kết hợp một cách chiến lược.

VI.Triển vọng mở rộng ứng dụng quang xúc tác Z scheme

Ngoài phân hủy chất ô nhiễm, cơ chế Z-scheme còn có tiềm năng lớn. Nó có thể được áp dụng trong sản xuất hydro quang xúc tác. Đây là một nguồn năng lượng sạch và tái tạo. Khử CO2 quang xúc tác thành nhiên liệu hoặc hóa chất có giá trị cũng là một hướng. Các phản ứng này đòi hỏi khả năng oxy hóa khử mạnh. Hệ thống Z-scheme đáp ứng tốt các yêu cầu này. Việc tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất là cần thiết. Cần phát triển các vật liệu bán dẫn mới và cải thiện cấu trúc dị thể. Thách thức bao gồm cải thiện độ ổn định lâu dài của xúc tác. Giảm chi phí sản xuất và mở rộng quy mô cũng là yếu tố quan trọng. Mục tiêu là tạo ra các giải pháp bền vững cho môi trường và năng lượng. Z-scheme hứa hẹn cách mạng hóa nhiều lĩnh vực.

6.1. Tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác

Ngoài phân hủy chất ô nhiễm, cơ chế Z-scheme còn có tiềm năng lớn. Nó có thể được áp dụng trong sản xuất hydro quang xúc tác. Đây là một nguồn năng lượng sạch và tái tạo. Khử CO2 quang xúc tác thành nhiên liệu hoặc hóa chất có giá trị cũng là một hướng. Các phản ứng này đòi hỏi khả năng oxy hóa khử mạnh. Hệ thống Z-scheme đáp ứng tốt các yêu cầu này. Các ứng dụng này đóng góp vào sự phát triển bền vững.

6.2. Hướng phát triển và thách thức trong tương lai

Việc tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất là cần thiết. Cần phát triển các vật liệu bán dẫn mới và cải thiện cấu trúc dị thể. Thách thức bao gồm cải thiện độ ổn định lâu dài của xúc tác. Giảm chi phí sản xuất và mở rộng quy mô cũng là yếu tố quan trọng. Mục tiêu là tạo ra các giải pháp bền vững cho môi trường và năng lượng. Hướng đến sản xuất quy mô công nghiệp là một mục tiêu lớn.

Mục lục chi tiết luận án

LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC SƠ ĐỒ
DANH MỤC BẢNG
1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
2. CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP VẬT LIỆU QUANG XÚC TÁC NANO COMPOSITE ZnO/GRAPHENE TUỔI THỌ CAO, HIỆU QUẢ CAO VỚI HÌNH THÁI ĐƯỢC KIỂM SOÁT BỞI DUNG MÔI ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỮU CƠ DƯỚI ÁNH SÁNG MẶT TRỜI
2.1. Kết quả và thảo luận
3. CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP TiO2 BÁT DIỆN ĐỊNH HƯỚNG MẶT (101) BỌC MoS2/C LÀM CHẤT QUANG XÚC TÁC Z-SCHEME HOẠT ĐỘNG DƯỚI ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN ĐỂ PHÂN HỦY CÁC CHẤT Ô NHIỄM HỮU CƠ
3.1. Kết quả và thảo luận
4. CHƯƠNG 4: TỔNG HỢP DỄ DÀNG NHỜ VI SÓNG CHẤT QUANG XÚC TÁC Z-SCHEME CỦA BiPO4 DẠNG KÉN TẰM TRÊN CÁC NANO SHEET BiOBr/Bi2O3 ĐỂ PHÂN HỦY CÁC CHẤT Ô NHIỄM HỮU CƠ DƯỚI ÁNH SÁNG MẶT TRỜI
4.1. Kết quả và thảo luận
5. CHƯƠNG 5: TỔNG HỢP DỄ DÀNG NHỜ VI SÓNG CHẤT QUANG XÚC TÁC Z-SCHEME CỦA NANO COMPOSITE BiOCl/BiOBr/Bi2O3 CẤU TRÚC LỚP ĐỂ PHÂN HỦY CÁC CHẤT Ô NHIỄM HỮU CƠ DƯỚI ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN
5.1. Kết quả và thảo luận
6. CHƯƠNG 6: TỔNG HỢP DỄ DÀNG NHỜ VI SÓNG CHẤT QUANG XÚC TÁC DỊ THỂ Z-SCHEME BỀN VỮNG CỦA CÁC HẠT NANO Ag/AgBr TRÊN NANO SHEET BiOBr/Bi2O3 ĐỂ PHÂN HỦY HIỆU QUẢ CÁC CHẤT Ô NHIỄM HỮU CƠ DƯỚI ÁNH SÁNG KHẢ KIẾN
6.1. Kết quả và thảo luận
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Development of z scheme heterojunction type ii photocatalysts for efficient degradation of pollutants under solar light irradiation

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (237 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

Thesis Development of Z-scheme heterojunction Type II photocatalysts for efficient degradation of pollutants under solar light irradiation Graduate School of Yeungnam University Department of Chemical Engineering Major in Chemical Engineering NGUYEN VAN QUANG Advisor: Prof. Jae-Jin Shim August 2021 Ph. Thesis Development of Z-scheme heterojunction Type II photocatalysts for efficient degradation of pollutants under solar light irradiation Advisor: Prof. Jae-Jin Shim Presented as Ph.

Thesis August 2021 Graduate School of Yeungnam University Department of Chemical Engineering Major in Chemical Engineering NGUYEN VAN QUANG Nguyen Van Quang’s Ph. Dissertation is approved Committee member Prof. Moonyong Lee, Ph.D _____________ _____________ Committee member Prof. Jae-Jin Shim, Ph.D _____________ Committee member Prof.

Taeho Yoon, Ph.D Committee member Prof. Jinwoo Lee, Ph.D _____________ Committee member Prof. Dohyung Kang, Ph.D _____________ August 2021 Graduate School of Yeungnam University THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ Acknowledgments Firstly, I would like to express gratitude from the bottom of my heart to my supervisor Prof.

Jae-Jin Shim for his guidance, sincere advice, and supports during my stay for combined Master and Ph.D program at Nano Energy Materials and Processing lab (formerly, Supercritical Fluids and Nano Processing Lab). I would also like to thank the committee members: Prof. Moonyong Lee, Prof. Taeho Yoon, Prof.

Jinwoo Lee (KAIST), and Prof. Dohyung Kang for useful and valuable recommendation on my dissertation and final defense. Secondly, I would like to give my gratitude to postdocs and research professors in NanoEMAP lab: Dr. Kathik, and Dr.

Debananda for their sharing of knowledge and research experience. I would like to express my thanks to the past and present lab members: Dr. Chinh, Mr Tue, Ms. Jinho, who shared their study experience and helped me in the life in Korea.

I am also grateful to the Graduate School of Yeungnam University, which provided me with full scholarship for my combined Master and Ph.D course, and the BK21+ Program for the financial support during my stay in Yeungnam University. Further, I would like to thank my senior staff from Building Material Division, Faculty of Bridge and Road engineering, and close friends (Mr. Quang Hung, Mr. Minh Hoang, Ms.

Minh Tri, Mr. Van Thanh, Ms. Thi Phuong, Mr.) from Vietnam and (Mr. Van Dung, Mr.

Van Nam, Ms. Vinh Quy) in Korea for their company and encouragement during my stay in Korea. Special thanks as well to Prof. Doan Quang Vinh (Rector of University of Science and Technology-The University of Danang), Dr.

Huynh Phuong Nam (Head of Department of Personal Management-The University of Danang), Dr. Cao Van Lam (Dean of Faculty of Bridge and Road Engineering, University of Science and Technology-The University of Danang) for their unwavering support from Vietnam towards the completion of my doctoral degree. To 사모님, Prof. Shim’s wife, for her best regards to me and great Korean meals.

Lastly, I am very grateful to my lovely family for special care, love, encouragement, and supports. I would like to thank my parents (Dieu Nguyen, Thi Be Nguyen), my siblings (Hung i THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ Nguyen, Thi Nguyet Nguyen, Thi Nga Nguyen, Son Nguyen), my brothers and sisters-in-law (Phu Trong Nguyen, Day Pham, Thi Nga Hoang, Thi Hang Vo) and all my nephews and nieces. Thank you for beautiful memories with all of you in Korea.

Nguyen Van Quang Yeungnam University Republic of Korea August 2021 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ ii THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ Abstract Recently, the Z-scheme photocatalytic system has attracted more attention in the photocatalyst designs for environmental remediation applications. Compared with conventional designs of the photocatalysts, the Z-scheme-based design has been selected as an ideal solution to improve the photocatalytic activity and stability of the catalysts.

This Z-scheme photocatalytic system not only reduces the recombination of photoinduced electrons and holes but also maintains a prominent redox ability. This dissertation builds up the story of various photocatalytic systems from the simple construction of ZnO/graphene to the Zscheme-based construction among semiconductors (TiO2, C-MoS2, BiPO4, BiOCl, Ag/AgBr, BiOBr, and Bi2O3). For each photocatalytic system, the synthesis method, characterization, and photocatalytic activities of the photocatalysts in the degradation of organic pollutants, such as methylene blue (MB), rhodamine B (RhB), and methyl orange (MO), tetracycline hydrochloride (TCH), hydroxychloroquine (HCQ) in water are presented. In addition, the mechanism of pollutant degradation at each photocatalytic system was also discussed.

iii In Chapter 2, the nanospherical ZnO/rGO composite synthesized by a twostep method showed the high MB and RhB removal efficiencies and good stability under UV light. In Chapter 3, a Z-scheme heterojunction photocatalyst of C-MoS2/TiO2 nanocomposite was prepared by a two-step hydrothermal method (high temperature and high pressure). The Z-scheme photocatalyst exhibited the improvement of photocatalytic activity in the degradation of MB, RhB, and TCH under solar light. In Chapter 4, a facile and rapid microwave-assisted one-step method was used to synthesize the Z-scheme ternary photocatalyst of silk cocoon-like BiPO4 on BiOBr/Bi2O3 nanosheets.

The Z-scheme charge transfer mechanism among three bismuth-based components resulted in a stronger enhancement of RhB degradation under solar light. The photocatalyst also performed good photocatalytic activity towards the TCH, HCQ, and MO pollutants under solar light. Following the same synthesis method as in Chapter 4, the Z-scheme ternary photocatalyst of layer-structured BiOCl/BiOBr/Bi2O3 nanocomposite was prepared and the excellent photocatalytic activity and good stability of the catalyst were demonstrated in the degradation of RhB dye with high dye iv concentration under visible and solar light. Moreover, this Z-scheme photocatalyst also showed good photocatalytic activity for TCH and MO pollutants.

Chapter 6 presents the synthesis of Z-scheme quaternary photocatalyst of Ag/AgBr@BiOBr/Bi2O3 nanocomposite using the same method as described in Chapters 4 and 5. This quaternary photocatalyst is highly efficient in degrading the MO dye with high removal efficiency and excellent stability under visible light. The photocatalyst also showed the good photocatalytic activity for RhB and TCH under different light sources: Light-emitting diode (LED), halogen lamp (from an overhead projector), and simulated solar light. In addition, the rapid microwave-assisted one-step method could be used in the large-scale processes for synthesizing the good Z-scheme photocatalysts for the field of environmental remediation because the method is facile, fast, and controllable.

Table of Contents Acknowledgments. iii Table of Contents. vi List of Figures. v viii List of Schemes.

xvi List of Tables. Solvent-driven morphology-controlled synthesis of highly efficient long-life ZnO/graphene nanocomposite photocatalysts for the practical degradation of organic wastewater under solar light .3 Results and Discussions. Synthesis of (101)-faceted octahedral TiO2 wrapped with MoS2/C as visible light driven Z-scheme photocatalyst for the degradation of organic pollutants .3 Results and Discussions. Facile microwave-assisted synthesis of Z-scheme of silk cocoon-like BiPO4 on BiOBr/Bi2O3 nanosheets for degradation of organic pollutants under solar light .3 Results and Discussions.

Facile microwave-assisted synthesis of Z-scheme photocatalyst of layer-structured BiOCl/BiOBr/Bi2O3 nanocomposite for degradation of organic pollutants under visible light .3 Results and Discussions. Facile microwave-assisted synthesis of sustainable Z-scheme heterojunction photocatalyst of Ag/AgBr nanoparticles on BiOBr/Bi2O3 nanosheets for efficient degradation of organic pollutants under visible light .3 Results and Discussions. Conclusions and Recommendations. 225 vii List of Figures Figure 2.1 XRD pattern of (a) graphite, (b) GO, (c) ZnO seeds/RGO 19 before calcination under Ar gas, (d) RGO, (e) ZnO seeds/RGO after calcination under Ar gas, (f) rZG, (g) dZG, and (h) sZG.

The magnified XRD pattern on the right shows the (100), (002) and (101) crystalline planes of the samples.2 (a) FTIR spectra of GO, ZnO seed/RGO, rZG, dZG, and 21 sZG nanocomposites; (b) Raman spectra of ZnO/RGO nanocomposites and GO and the magnified spectra of the dashed area (ZnO); and (c) G and 2D band peak intensity ratios between ZnO/RGO for the three ZG nanocomposites and GO.3 XPS spectra: (a) survey scan of sZG and GO and (b−d) 25 deconvoluted Zn 2p, O 1s, and C 1s spectra of the sZG sample.4 SEM images of ZnO/RGO samples: (a) ZnO seeds/RGO, (b)27 rZG, (c) dZG, and (d) sZG.5 32 TEM (a1−c1) and HRTEM (a2−c2) images and the corresponding SAED patterns (a3−c3) of ZnO/RGO samples (rZG (a), dZG (b), and sZG (c)) and elemental mapping (d) and EDX spectrum (e) of sZG.6 (a) Nitrogen adsorption-desorption isotherms and (b) pore- 34 size distribution of the three as-prepared ZnO/RGO nanohybrids: rZG, dZG, and sZG.8 Photocatalytic degradation of a 10 mg L−1 MB solution 42 (a) and a 10 mg L−1 RhB solution (b) under UV irradiation in the absence and presence of RGO, sZG, dZG, and rZG (0.1 g L−1); and pseudo-first order kinetics of the photodegradation of MB (c) and RhB (d) under UV irradiation.9 Photocatalytic degradation of (a) 10 mg L−1 MB aqueous 44 solution at various loading of sZG catalyst under UV irradiation, (b) RhB aqueous solution at various initial concentrations at a catalyst loading of 0.1 g L−1 under UV irradiation, and (c) 10 mg L−1 MB aqueous solution in the presence of the sZG and pure ZnO catalysts under UV and solar light irradiation.10 (a) Trapping experiments for sZG (0.1 g L−1) in a 10 mg 47 L−1 RhB dye solution and (b) photocatalytic stability of sZG (0.5 g L−1) in a 10 mg L−1 MB dye solution under UV irradiation, and (c) SEM images of sZG before the first reaction and after 15 photodegradation cycles.1 XRD patterns of commercial P25 (a), K2Ti6O13 (b), spindle-64 like TiO2 (c), CMS (d), and CMST samples (e).2 XPS spectra of the CMST sample: survey spectrum (a) 66 and deconvoluted high-resolution Mo 3d (b), S 2p (c), C 1s (d), Ti 2p (e), and O 1s (f) spectra.3 Raman spectra of CMS (a1−a2) and CMST (b1−b2) 68 samples and the magnified images (a2−b2) of the rectangular dashed areas in a1 and b1.4 SEM images of P25 (a), bulk MoS2 (b), CMS (c), MST 70 (d), CMST (e), spindle-like TiO2 (f), and EDX elemental mapping of CMST (g−m).5 HR-TEM images (a−e) and SAED pattern of72 CMoS2/octahedral-TiO2 (CMST) (f).6 UV-vis diffuse reflectance spectra (a), PL spectra excited 75 at a wavelength λ = 325 nm at room temperature (b), Nyquist plots (EIS response of electrode sample in the dark as well as in the solar light) (c), and the photocurrent response of the samples (commercial P25, CMS, MST, and CMST) under solar light (d).7 Photodegradation of MB (10 mg L−1) under solar light 80 using different samples, 0.2 g L−1 (a), variations of – ln(C/Co) versus irradiation time (b), Effect of pH of 10 mg L−1 MB-dye solution (0.8 Time-dependent UV-vis absorption spectra of 10 mg L−1 82 tetracycline hydrochloride (TCH) in the presence of CMST (a) and photodegradation of TCH under 150 W Xe lamp with different amounts of CMST catalyst (b).9 Kinetic curve of RhB degradation over the CMST catalyst 85 in the presence of different scavengers (a) and photocatalytic stability of CMST in a 10 mg L−1 RhB dye under solar light (b) and TEM images of CMST before and after five cycles (c).1 XRD patterns of samples: BiOBr/Bi2O3 (S0), 100 BiPO4/BiOBr/Bi2O3 (Samples S1-S4) corresponding to 1, 3, 6, and 12 ml of 0.1 M NaH2PO4 solution.3 SEM images of BiPO4/BiOBr/Bi2O3 (sample S3) and its 103 magnified image from rectangular area.5 UV-vis diffuse reflectance spectra (a) and Tauc plots (b) 106 of BiPO4, BiOBr, Bi2O3, and BiPO4/BiOBr/Bi2O3 samples.6 Photodegradation of 10 mg L−1 RhB (catalyst loading of 108 0.5 g L−1) using different samples: BiPO4, BiOBr, So, S1, S2, S3 and S4 represented for the BiPO4/BiOBr/Bi2O3 synthesized using 0, 1, 3, 6 and 12 ml of 0.1 M NaH2PO4 xi solution, respectively (a); rate constants of photodegrdation reaction in the presence of as-prepared samples (b); Effect of catalyst loading (c) and pH (d) on photodegradation of 10 mg L−1 RhB using (sample S3) under solar light.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trích dẫn luận án này

Nguyen Van Quang (2021). Phát triển photocatalyst Z-scheme hiệu quả [Luận án tiến sĩ, Yeungnam University]. LuanAn.net. https://luanan.net/hoa-hoc/phat-trien-photocatalyst-z-scheme-hieu-qua

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Phát triển photocatalyst Z-scheme hiệu quả" nghiên cứu về vấn đề gì?

Tối ưu hóa hiệu suất photocatalyst Z-scheme cho các ứng dụng xanh. Nghiên cứu cấu trúc, cơ chế và phương pháp tổng hợp.

Luận án "Phát triển photocatalyst Z-scheme hiệu quả" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Yeungnam University. Năm bảo vệ: 2021.

Luận án "Phát triển photocatalyst Z-scheme hiệu quả" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Phát triển photocatalyst Z-scheme hiệu quả" thuộc chuyên ngành Chemical Engineering. Danh mục: Hóa Học.

Luận án "Phát triển photocatalyst Z-scheme hiệu quả" có bao nhiêu trang?

Luận án "Phát triển photocatalyst Z-scheme hiệu quả" có 237 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Phát triển photocatalyst Z-scheme hiệu quả" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter