Mesoporous BiVO4/2D-g-C3N4 heterostructures for superior visible light-driven photocatalytic reduction of Hg(II) ions

光催化 介孔材料 材料科学 纳米复合材料 可见光谱 单斜晶系 结晶度 化学工程 异质结 比表面积 纳米颗粒 纳米技术 晶体结构 复合材料 催化作用 有机化学 化学 光电子学 工程类
作者
Reda M. Mohamed,Adel A. Ismail
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier]
卷期号:47 (18): 26063-26073 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2021.06.012
摘要

In this contribution, a Z-scheme mesoporous BiVO4/g-C3N4 nanocomposite heterojunction with a considerable surface area and high crystallinity was synthesized by a simple soft and hard template-assisted approach. This material demonstrates superior visible light-driven photocatalysis for the photoreduction of Hg(II) ions. TEM and XRD results show that the mesoporous BiVO4 NPs, with a monoclinic phase and an ellipsoid-like shape, are highly dispersed onto the porous 2D surfaces of g-C3N4 nanosheets with a particle size of 5–10 nm. The obtained BiVO4/g-C3N4 nanocomposites with a p-n heterojunction show significantly enhanced Hg(II) photoreduction efficiency compared to the mesoporous BiVO4 NPs and pristine g-C3N4. Among all synthesized photocatalysts, the 1.2% BiVO4/g-C3N4 nanocomposite indicated the highest photoreduction of Hg(II) performance, reaching ~ 100% within 60 min; this result is 3.9 and 4.5 –fold larger than that of the BiVO4 NPs and pristine g-C3N4. The Hg(II) photoreduction rates highly increase to 208.90, 314.95, 411.23 and 418.68 μmol g−1min−1 for the mesoporous 0.4, 0.8, 1.2 and 1.6% BiVO4/g-C3N4 nanocomposites, respectively. The reduction rate of the mesoporous 1.2% BiVO4/g-C3N4 nanocomposite demonstrated a 5.2 and 3.8 times larger increase than that of the pristine g-C3N4 nanosheets and pure BiVO4 NPs. The superior Hg(II) photoreduction efficiency was ascribed to decreased carrier recombination and the improved utilization of visible light by constructing BiVO4/g-C3N4 nanocomposites with a p-n junction. Transient photocurrent measurement and photoluminescence spectra were employed to confirm the possible Hg(II) photoreduction mechanism over these BiVO4/g-C3N4 photocatalysts. This research provides an accessible route for the nanoengineered design of mesoporous BiVO4/g-C3N4 heterostructures that demonstrated unique photocatalytic performance.
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