Thickness-dependent piezo-photo-responsive behavior of ZnAl-layered double hydroxide for wastewater remediation

光催化 材料科学 层状双氢氧化物 压电 氢氧化物 化学工程 降级(电信) 反应速率常数 纳米技术 复合材料 动力学 催化作用 电子工程 有机化学 量子力学 物理 化学 工程类
作者
Jiayue Hu,Chuan Yu,Cheng Li,Shenyu Lan,Lixi Zeng,Mingshan Zhu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:101: 107583-107583 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107583
摘要

Understanding of the structural–performance correlations allow for the rational design of piezo-photocatalytic materials with profound benefits for catalytic activity. In this study, the ZnAl layered double hydroxides (ZnAl-LDHs) with different thickness are applied in the piezo-photocatalytic process for carbamazepine (CBZ) pollutants degradation. The piezo-photocatalytic efficiency of ultra-thin ZnAl-LDHs sheets (ZnAl-U) reaches 95.8 % with the reaction rate constant of 0.148 min-1 for CBZ degradation, being 1.61 and 3.02 times of the thin ZnAl-LDH (ZnAl-T) and bulks ZnAl-LDHs (ZnAl-B), respectively. This result is attributed to that ZnAl-U is more sensitive towards light irradiation and external stress than ZnAl-T and ZnAl-B, thus producing higher current and more reactive oxygen species (O2•−, HO• and 1O2) for piezo-photocatalytic degradation of CBZ. At the same time, the piezo-photocatalytic rate constant of ZnAl-U is 3.36 times of the sum of the individual piezocatalysis and photocatalysis, which is due to that the piezoelectric field boosts the separation of photo-induced electron-hole pairs and modulates the alignment of band energy, resulting in a synergetic enhanced piezo-photocatalytic reaction. This work discloses the significance of structure on the ZnAl-LDHs piezo-photocatalytic performance, and highlights the role of piezoelectric field on the improvement of photocatalytic process.
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