Hydrothermal carbonation carbon-based photocatalysis under visible light: Modification for enhanced removal of organic pollutant and novel insight into the photocatalytic mechanism

光催化 化学 污染物 碳化作用 电子转移 光化学 化学工程 热液循环 催化作用 可见光谱 材料科学 有机化学 工程类 光电子学
作者
Guanlong Wang,Wenxin Bi,Qunmei Zhang,Xiaoli Dong,Xiufang Zhang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:426: 127821-127821 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2021.127821
摘要

Hydrothermal carbonation carbon (HTCC) is emerging as a promising alternative for photocatalytic removal of contaminants from water. However, the catalytic activity of HTCC is limited by its poor charge transfer ability, and its photocatalytic mechanism remains unclear. Herein, a unique photosensitization-like mechanism was firstly found on Fe modified HTCC (Fe-HTCC) derived from glucose for effective removal of organic pollutants. Under visible light illumination, the organic pollutant coordinated with Fe-HTCC enabled electrons transfer from its highest occupied molecular orbital (HOMO) to conduction band (CB) of Fe-HTCC, which not only oxidized pollutant itself, but also generated oxygen-centered radical for reducing O2 into O2•− towards pollutant removal. The degradation kinetic constant of sulfamethoxazole (SMX) over Fe-HTCC was about 1024.4 and 20.5 times higher than that of HTCC and g-C3N4, respectively. The enhanced performance of Fe-HTCC was originated from dual role of Fe modification: one is to boost the electron-deficient C sites which prefer to coordinate with amino or hydroxyl of pollutants; the other is to enhance the linkage of discrete polyfuran chains in Fe-HTCC for effective electron transfer from pollutant to Fe-HTCC. This work provides new insight into the synthesis and mechanism of HTCC-based high-efficiency photocatalyst for water decontamination.
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