ZnS/CuFe2O4/MXene ternary heterostructure photocatalyst for efficient adsorption and photocatalytic degradation of azo dyes under visible light: Synergistic effect, mechanism, and application

光催化 异质结 三元运算 吸附 可见光谱 材料科学 光化学 激进的 带隙 化学工程 化学 无机化学 光电子学 催化作用 物理化学 有机化学 计算机科学 工程类 程序设计语言
作者
Yang Hong-yuan,Jing Lin,Zeng Wen,Li Zhou,Jia Zeng,Luchun Wang,Yongqing Tao,Die Gao,Dandan Wang
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier]
卷期号:339: 139797-139797
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2023.139797
摘要

ZnS/CuFe2O4/MXene (ZSCFOM) composite with ternary heterostructures was prepared by solvothermal methods for the first time to effectively adsorb and photodegrade the azo dyes. ZSCFOM mainly adsorbed azo dyes through the hydrogen bonding and electrostatic interactions, with saturated adsorption capacities of 377 mg g-1 for direct brown M and 390 mg g-1 for direct black RN. ZSCFOM exhibited both characteristics of Schott heterostructure and p-n heterostructure, but it is not a simple superposition of the two heterostructures, but rather achieves better photocatalytic property. ZSCFOM performed a higher separation efficiency of electrons and holes than pure CuFe2O4 and pure ZnS. Under visible light, ZSCFOM was more effective in removing the azo dyes than MXene, CuFe2O4, ZnS, CuFe2O4/MXene, ZnS/MXene, and ZnS/CuFe2O4. The migration pathways of photogenerated carriers in ZSCFOM were inferred as that the electrons were concentrated in MXene and conduction band of ZnS, and holes were gathered in valence band of CuFe2O4. MXene served as a cocatalyst to accelerate the separation of electrons and holes. ZSCFOM mainly degraded DBM and DBRN by catalyzing the generation of holes, superoxide radicals, and hydroxyl radicals. The 100% of 0.05 g L-1 azo dyes were removed by ZSCFOM within 30 min from the environmental water systems.

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