K+ and CeO2 nanoparticles modified OMS-2 nanorods for enhanced activity and stability of photocatalytic toluene oxidation: K+ charge modulation and mechanistic investigation

纳米棒 甲苯 光催化 光化学 氧化剂 苯甲酸 激进的 吸附 材料科学 苯甲醇 氧气 苯甲醛 化学 纳米技术 催化作用 有机化学
作者
Pingping Yu,Nan Li,Weixin Zou,Xiaoqian Wei,Jiawei Ji,Li Han,Yi Cai,Wei Tan,Bin Gao,Lin Dong
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:451: 138943-138943 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.138943
摘要

For photocatalytic toluene oxidation, available photo-generated charges and active oxygen species are of great importance. Due to the advantages of K+ and CeO2, CeO2/K-OMS-2 (Ce/KM) were prepared for photocatalytic toluene oxidation, which exhibited better activity and stability than that of Ce/0M (no K+) and K-OMS-2. The band structures and DFT calculations revealed that K+ in the K-OMS-2 tunnels changing Fermi levels led to Z-scheme heterojunction formation, and acting as charge modulation kinetically promoted photo-charge transfer. Meanwhile, the charge balance of K+ increased the proportion of Mn3+, leading to the generation of hydroxyl groups for toluene adsorption via strong OH-π interactions. In addition, oxygen adsorbed on Ce3+ and □-Ce3+-O-Ce4+, and enhanced oxygen migration were observed on Ce/KM, which further interacted with photo-generated charges to generate radicals. In situ DRIFTS and GC–MS suggested the degradation pathway, i.e., the oxidizing radicals on Ce/KM attacked methyl of toluene, formed benzaldehyde, benzoic acid intermediates, opened benzene ring and finally mineralized into carbon dioxide and water. Notably, benzyl alcohol intermediate deposited and poisoned only K-OMS-2, not Ce/KM, confirming the excellent stability of Ce/KM. Furthermore, the effects of the humidity on reaction process were revealed.
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