Construction of α-MnO2/g-C3N4 Z-scheme heterojunction for photothermal synergistic catalytic decomposition of formaldehyde

甲醛 异质结 分解 催化作用 光热治疗 光催化 热分解 复合数 光热效应 化学工程 材料科学 光化学 化学 纳米技术 光电子学 复合材料 有机化学 工程类
作者
Nan Zhang,Weijiang He,Zeyi Cheng,Jingling Lu,Yu Zhou,Danni Ding,Shaopeng Rong
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:466: 143160-143160 被引量:71
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143160
摘要

Formaldehyde (HCHO), as the most common indoor air pollutant, undoubtedly poses a huge threat to people's health. It is of practical importance to achieve complete decomposition of HCHO to harmless CO2 at room temperature. Herein, α-MnO2/g-C3N4 Z-scheme heterojunction was constructed through the in-situ growth of α-MnO2 nanowires on the surface of g-C3N4 nanosheets. Owing to the construction of Z-scheme heterojunction, α-MnO2/g-C3N4 composite exhibits excellent photothermal catalytic activity, achieving complete mineralization of HCHO with the illumination of 191 mW/cm2 solar-light at GHSV of 180 L/gcat·h. Particularly, even under one sun and visible light radiation, the α-MnO2/g-C3N4 composite can still maintain 60% and 68% HCHO conversion, respectively. The formation of α-MnO2/g-C3N4 Z-scheme heterojunction not only effectively inhibits the photogenerated electron-hole pairs recombination, but also overcomes the band defects of the individual component. Furthermore, the mechanism of the photothermal catalysis of α-MnO2/g-C3N4 composite was discovered to be thermal-assisted photocatalytic process rather than solar-light driven thermalcatalysis. On the one hand, the thermal energy generated from light radiation can accelerate the migration of photo-generated carriers and improve the separation efficiency of photogenerated electrons from vacancies; on the other hand, it can decrease the activation energy of lattice oxygen and produce more surface-active oxygen species. This work provides cost-effective strategies and suggestions for decomposing HCHO and other VOCs in indoor air at room temperature.
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