Construction of Z-scheme heterojunction TiO2-ZnO@Oxygen-doped gC3N4 composite for enhancing H2O2 photoproduction and removal of pharmaceutical pollutants under visible light

材料科学 兴奋剂 可见光谱 异质结 光催化 二氧化钛 光电子学 化学工程 纳米技术 光化学 有机化学 催化作用 冶金 化学 工程类
作者
Ton That Buu,Che Quang Cong,Vo Minh Quan,Bo Khanh Ngoc,Nguyen Thanh Hoai Nam,Lê Thị Phương Thảo,Dang Hai Minh Tam,Le Han,Nguyễn Hữu Hiếu
出处
期刊:Surfaces and Interfaces [Elsevier]
卷期号:43: 103516-103516 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.surfin.2023.103516
摘要

In this study, the heterojunction photocatalyst of titanium dioxide-zinc oxide@oxygen-doped graphitic carbon nitride (TiO2-ZnO@OCN (TZ@OCN)) was synthesized using a simple and cost-effective hydrothermal self-assembly process. Characterization of the fabricated materials revealed that the incorporation of TiO2 and ZnO as inherent semiconductors along with the oxygen doping has effectively broadened the absorption spectrum of gC3N4, which can promote the electron generation and provide more active sites for O2 and H+ adsorption. It is noteworthy that the mentioned structure modification resulted in a superior H2O2 production rate among gC3N4-based photocatalysts with up to 3.11 mM.g−1 under visible light irradiation. Moreover, a valence band shifting from 1.57 to 2.91 eV upon doping oxygen atoms also elucidated the participation of active species in the photocatalytic degradation of ciprofloxacin (99.7 %, k = 0.030 min−1) and tetracyline (94.6 %, k = 0.017 min−1), in which superoxide radicals (•O2−) were shown to play a major role in removing the antibiotic. Besides, a Z-scheme heterojunction mechanism is additionally suggested, demonstrating the effectiveness of electron-hole pair splitting in the oxidation of antibiotics. Conclusively, the results show a novel and feasible modification pathway to enhance the photocatalytic activities of gC3N4 and other advanced semiconductor catalysts, especially for eliminating antibiotics and generating H2O2 within aqueous media.

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