Construction of in-situ carbon-doped TiO2 decorated Fe3O4 heterojunction and their enhanced photocatalytic oxidation of As(III) under visible light

光催化 异质结 原位 可见光谱 兴奋剂 材料科学 碳纤维 化学工程 光化学 纳米技术 催化作用 化学 光电子学 复合数 复合材料 有机化学 工程类
作者
Ming Xiao,Ruixue Li,Xinyu Hu,Wenke Zhu,Zhuo Yu,Hongbo Xiao,Wenlei Wang,Ting Yang
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:300: 121836-121836 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2022.121836
摘要

• In-situ carbon doping can reduce the band-gap of TiO 2 to 2.41 eV, realizing excitation under visible light. • The constructed Ti–O–Fe and C–O–Ti interfacial chemical bonds can efficiently enhance the carriers separation and photocatalytic rate. • The stable magnetism of photocatalyst is beneficial to recovery and avoid secondary water pollution. This paper is focused on the functional photocatalyst of in-situ carbon-doped TiO 2 decorated Fe 3 O 4 heterojunctions (C/TiO 2 @Fe 3 O 4 ) for the efficient photocatalytic oxidation of As(III). Series of characterizations show that the photocatalytic activity of TiO 2 changes from a single UV wavelength to visible light excitation when carbon atoms are successfully doped in the TiO 2 lattice, expanding the utilization rate of light energy. DFT calculation further confirmed that the C–O–Ti bonds can diminish the theoretical band-gap of TiO 2 . Furthermore, the successful construction of C–O–Ti and Ti–O–Fe interface bonds provide pathways for fast electron transfermation, which can effectively prompt the separation of photo-generated carriers and enhance the photocatalytic oxidation efficiency of As(III). The application results showed that the synthesized C/TiO 2 @Fe 3 O 4 photocatalyst by introducing Fe 3 O 4 with a mass fraction of 1% can complete the transformation of As(III) (10,000 μg/L, 40 mL) to As(Ⅴ) within 12 min under visible light irradiation. In addition, C/TiO 2 @Fe 3 O 4 exhibits excellent reusability, which remains 100% photooxidation efficiency of As(III) without changing crystal structure after 6 cycles and can also be recovered completely with magnet. The remarkable photocatalytic oxidation performances of C/TiO 2 @Fe 3 O 4 can be ascribed to the synergistic effects of OH, O 2 − and h + in the photocatalytic oxidation process and the constructed C–O–Ti and Ti–O–Fe interface bonds.
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