Highly efficient UV-visible-infrared photothermocatalytic removal of ethyl acetate over a nanocomposite of CeO2 and Ce-doped manganese oxide

催化作用 光催化 核化学 乙醛 纳米复合材料 可见光谱 兴奋剂 红外线的 光化学 隐锰铁矿 化学 材料科学 无机化学 氧化锰 纳米技术 有机化学 乙醇 物理 光学 光电子学
作者
Long Zhang,Yi Yang,Yuanzhi Li,Jichun Wu,Shaowen Wu,Xin Tan,Qianqian Hu
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [China Science Publishing & Media Ltd.]
卷期号:43 (2): 379-390 被引量:43
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(21)63816-0
摘要

A unique nanocomposite of CeO2 nanoparticles and Ce-doped manganese oxide nanofibers having a crystalline cryptomelane-type octahedral molecular sieve (KMn8O16·nH2O, abbreviated as OMS-2) structure (denoted CeO2-CeOMS-2) was prepared by the reaction of Ce(NO3)3 and KMnO4 at 90 °C. CeO2-CeOMS-2 shows extremely high photothermocatalytic activity, very low selectivity for acetaldehyde (an unfavorable byproduct), and excellent durability for ethyl acetate removal under UV-visible-infrared (UV-vis-IR) irradiation. In striking contrast, pure CeO2, pure OMS-2, and TiO2 (P25) showed much lower photothermocatalytic activities and higher selectivities for acetaldehyde. The CO2 production rate within the first five minutes (rCO2) of reaction with CeO2-CeOMS-2 was as high as 1102.5 μmol g–1 min–1, which is 137, 17, and 30-times higher than those of pure CeO2, pure OMS-2, and TiO2 (P25), respectively. CeO2-CeOMS-2 also shows good photothermocatalytic activity under vis-IR (λ > 420 or 560 nm) irradiation. Further, even under vis-IR (λ > 830 nm) irradiation, efficient photothermocatalytic activity was achieved. In addition, the catalytic activity of CeO2-CeOMS-2 is far superior to those of pure CeO2 and OMS-2, which is attributed to the fact that Ce doping significantly improves the lattice oxygen activity of OMS-2. The high photothermocatalytic activity of CeO2-CeOMS-2 arises from the synergy between the photocatalytic effect of the CeO2 nanoparticles and light-driven thermocatalysis of the Ce-doped OMS-2. The novel photoactivation of Ce-doped OMS-2, which is unlike that of conventional photocatalysis on semiconductor photocatalysts, further promotes the catalytic activity because the surface oxygen activity of Ce-doped OMS-2 is promoted upon UV-vis-IR or vis-IR (λ > 560 nm) irradiation.
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