Visible light activation of ferrate(VI) by oxygen doped ZnIn2S4/black phosphorus nanolayered heterostructure: Accelerated oxidation of trimethoprim

化学 光催化 电子顺磁共振 降级(电信) 异质结 氧气 分子 光化学 核化学 无机化学 催化作用 材料科学 有机化学 电信 物理 光电子学 核磁共振 计算机科学
作者
Bao Pan,Miao Liao,Yanli Zhao,Yuzhu Lv,Jiani Qin,Virender K. Sharma,Chuanyi Wang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:460: 132413-132413 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.132413
摘要

The increasing consumption of antibiotics and their subsequent release to wastewater or groundwater and ultimately to the water supply (or drinking water) has great concerns. This paper presents a visible light (VL) activated ferrate(VI) (FeVIO42-, Fe(VI)) system to degrade the selected antibiotic, trimethoprim (TMP), efficiently. An oxygen doped ZnIn2S4 nanosheet (O-ZIS) coupled with a black phosphorus (BP) heterostructure (O-ZIS/BP), is fabricated by a simple electrostatic self-assembly method. The O-ZIS/BP photocatalyst is comprehensively characterized by surface and analytical techniques, which show superior separation efficiency of the photoinduced charge carriers in the heterostructure. A VL-O-ZIS/BP-Fe(VI) system achieves more than 80% removal in 1.0 min and complete removal of TMP in 3.0 min. Comparatively, only ⁓7% and ⁓24% of TMP are degraded by O-ZIS/BP and Fe(VI) in 1.0 min, respectively. The degradation experiments using probe molecules of reactive species and electron paramagnetic resonance (EPR) measurements reveal involvement of superoxide (O2-•), hydroxyl radical (•OH), and iron(V)/iron (IV) (FeV/FeIV) species in the mechanism of TMP degradation. Oxidized products of TMP are identified and reaction pathways are given. Theoretical calculations predict the initial attack on the TMP molecule by the reactive species in the VL-O-ZIS/BP-Fe(VI) system. The activation of Fe(VI) by VL-heterostructure photocatalysts accelerates the degradation of antibiotics, demonstrating its potential for water depollution.
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