The powerful combination of 2D/2D Ni-MOF/carbon nitride for deep desulfurization of thiophene in fuel: Conversion route, DFT calculation, mechanism

噻吩 激进的 光催化 光化学 烟气脱硫 密度泛函理论 吸附 电子顺磁共振 化学 材料科学 化学工程 催化作用 有机化学 计算化学 工程类 物理 核磁共振
作者
Xiaoyu Zhou,Lei Zhang,Hang Liu,Qing Yang,Shan Zhu,Haonan Wu,Teruhisa Ohno,Yu Zhang,Tianyi Wang,Dawei Su,Chengyin Wang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:658: 627-638 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.12.105
摘要

2D/2D Ni-MOF/g-C3N4 nanocomposite was utilized for desulfurization. The multilayer pore structure and high specific surface area of Ni-MOF/g-C3N4 promote the adsorption and conversion of thiophene. In addition, the two-dimensional structure exposes more active centers and shortens photogenerated carrier migration to the material surface distance, it enhances photogenerated charge transfer. The Ni-MOF and g-C3N4 construct a Z-scheme heterojunction structure with tight contact, it effectively enhances the material's photocatalytic redox ability. In the light, the material generates more photocarriers for the production of free radicals including hydroxyl radicals, holes, and superoxide radicals. The higher carrier concentration of Ni-MOF/g-C3N4 promotes the activation and oxidation of thiophene, consequently enhancing the photocatalytic desulfurization capability. The results showed that the conversion of thiophene was 98.82 % in 3 h under visible light irradiation. Radical capture experiments and analysis using electron paramagnetic resonance spectroscopy demonstrated that superoxide radicals, holes, and hydroxyl radicals played crucial roles in PODS (photocatalytic oxidative desulfurization). In addition, DFT (density functional theory) calculations were conducted to determine the paths of electron migration and TH (thiophene) adsorption energy. Finally, a mechanism for photocatalytic desulfurization was proposed based on the comprehensive analysis of theoretical calculations and experimental studies.
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