Converting Carbohydrates to Carbon-Based Photocatalysts for Environmental Treatment

光催化 化学 掺杂剂 淀粉 环境污染 化学工程 碳纤维 催化作用 有机化学 材料科学 兴奋剂 工程类 复合材料 复合数 环境保护 光电子学 环境科学
作者
Zhuofeng Hu,Zhurui Shen,Jimmy C. Yu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:51 (12): 7076-7083 被引量:153
标识
DOI:10.1021/acs.est.7b00118
摘要

Carbohydrates in biomass can be converted to semiconductive hydrothermal carbonation carbon (HTCC), a material that contains plenty of sp2-hybridization structures. Under solar light illumination, HTCC generates photoexcited electrons, holes, and hydroxyl radicals. These species can be used for photocatalytic treatment such as water disinfection and degradation of organic pollutants. The photocatalytic activity of HTCC can be significantly enhanced by iodine doping. The enhancement mechanism is investigated by density functional theoretical calculations and electrochemical measurements. The iodine dopants twist and optimize the structures of the sp2-hybridization in HTCC, thereby favoring photon-induced excitation. Moreover, the iodine dopants facilitate the charge transfer between different sp2-hybridization structures, thus increasing the conductivity and activity of the HTCC. An added benefit is that the I-doped HTCC exhibits lower cytotoxic effect than the pure HTCC. In addition to monosaccharides (glucose), disaccharides (sucrose), and polysaccharides (starch), we have also transformed crops (e.g., rice), plants (e.g., grass), and even agricultural waste (e.g., straw) and animal waste (e.g., cow dung). The conversion of carbohydrates to HTCC may be considered as a "Trash to Treasure" approach. We believe this discovery will attract a lot of attention from researchers involved in environmental catalysis, waste recycling, and pollution treatment.
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