In-situ synthesis of dual Z-scheme heterojunctions of cuprous oxide/layered double hydroxides/nitrogen-rich graphitic carbon nitride for photocatalytic sterilization

光催化 层状双氢氧化物 异质结 石墨氮化碳 材料科学 吸附 化学工程 氮化碳 氧化物 激进的 可见光谱 Zeta电位 无机化学 光化学 纳米技术 化学 催化作用 纳米颗粒 有机化学 光电子学 冶金 工程类
作者
Xin Zhang,Jie Zhang,Longyu Qiu,Xiaozheng Lan,Chenxi Zhu,Jiao Duan,Yequn Liu,Haibo Li,Yongsheng Yu,Weiwei Yang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:620: 313-321 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.04.015
摘要

Two-dimensional (2D) layered double hydroxides (LDHs) and graphitic carbon nitride (g-C3N4) with sufficiently positive valence bands and negative conduction bands are promising materials for producing superoxide radicals (·O2-) and hydroxyl radicals (·OH) for photocatalytic sterilization; however, their relatively wide bandgaps limit the utilization of light in photocatalysis. Herein, the electronegative N-CN nanosheets were used to adsorb Cu2+, Zn2+ and Al3+ cations in situ to form uniformly distributed LDHs nanosheets. Then, the LDHs on LDHs/N-CN composites were partially reduced in situ into ultrafine Cu2O to harvest sufficient solar energy. Zeta potential measurements revealed that the constructed Cu2O/LDHs/N-CN composites and bacterial solution exhibited opposite charges, which induced strong electrostatic adsorption in photocatalytic sterilization. Under visible light, the highly hydrophilic 0D/2D/2D Cu2O/LDHs/N-CN heterojunctions exhibited the highest sterilization rate of 98.96% toward Escherichia coli without an obvious decrease after 4 cycles. It was experimentally and theoretically confirmed that a dual Z-scheme charge migration path in the Cu2O/LDHs/N-CN heterojunction was achieved, harnessing the full synergetic potential of the combined system. This work provides an effective method for synthesizing a robust, hydrophilic and positively charged heterojunction to further improve photocatalytic sterilization activity.
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