Rational Design of LDH/Zn2SnO4 Heterostructures for Efficient Mineralization of Toluene Through Boosted Interfacial Charge Separation

甲苯 光催化 异质结 X射线光电子能谱 光电流 光化学 化学 材料科学 化学工程 有机化学 光电子学 催化作用 工程类
作者
Ben Lei,Wen Cui,Peng Chen,Ruimin Chen,Yanjuan Sun,Ki‐Hyun Kim,Fan Dong
出处
期刊:Energy & environmental materials [Wiley]
卷期号:6 (1) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/eem2.12291
摘要

It is crucial to efficiently separate and transport photo‐induced charge carriers for the effective implementation of photocatalysis toward environmental remediation. A rational design strategy is proposed to validate such proposition through the construction of an interfacial structure in the form of LDH/Zn 2 SnO 4 heterostructures in this research. The interfacial charge transfer on LDH/Zn 2 SnO 4 is greatly promoted via the unique charge transfer pathway, as characterized by transient photocurrent responses, X‐ray photoelectron spectroscopy, electron paramagnetic resonance spectrum, and photoluminescence analysis. As such, it contributes to the generation of reactive oxygen species (ROS) and the activation of reactants for the mineralization of toluene. According to the in situ DRIFTS spectra analysis, the accumulation of benzoic acid takes place possibly through the partial oxidation of the methyl group on toluene at the interface of the LDH/Zn 2 SnO 4 heterostructure. This process can greatly promote the photocatalytic oxidation of toluene with the enhanced ring‐opening efficiency. The LDH/Zn 2 SnO 4 is thus demonstrated as superior photocatalyst against toluene (removal efficiency of 89.5%; mineralization of 83.1%; and quantum efficiency of 4.55 × 10 −6 molecules/photon). As such, the performance of this composite far exceeds that of their individual components (e.g., P25, pure Mg‐Al LDH, or Zn 2 SnO 4 ). This study is expected to offer a new path to the interfacial charge transfer mechanism based on the design of highly efficient photocatalysts for air purification.

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