Novel Co3O4@TiO2@CdS@Au double-shelled nanocage for high-efficient photocatalysis removal of U(VI): Roles of spatial charges separation and photothermal effect

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作者
Zhimin Dong,Cheng Meng,Zifan Li,Dongling Zeng,Yingcai Wang,Zhongping Cheng,Xiaohong Cao,Qiang Ren,Youqun Wang,Xiaoyan Li,Zhibin Zhang,Yunhai Liu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:452: 131248-131248 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.131248
摘要

Effective spatial separation and utilization of photogenerated charges are critical for photocatalysis process. Herein, novel Co3O4 @TiO2 @CdS@Au double-shelled nanocage (CTCA) with spatially separated redox centers was synthesized by loading Co3O4 and Au NP cocatalysts on the inner and outer surfaces of Z-scheme heterojunction (TiO2 @CdS). The reduction rate constant of U(VI) by CTCA reached 0.218 min-1 under simulated sunlight irradiation, which was 6.6, 3.2 and 36.3 times than that of monolayer CTCA (0.033 min-1), CTC (0.068 min-1) and CT (0.006 min-1). The full-spectrum light-assisted photothermal catalytic performance can enable CTCA to remove 98.8% of U(VI) and degrade nearly 90% of five organic pollutants simultaneously. Detailed characterizations and theory calculations revealed that the photogenerated holes and electrons in CTCA flow inward and outward. More importantly, Co3O4 acts as a "nano heater" to generate the photothermal effect for further enhancing the charge transfer and accelerating the surface reaction kinetics. Meanwhile, the photogenerated electrons and superoxide radicals play a dominant role in reducing the adsorbed U(VI) to insoluble (UO2)O2·2H2O(s). This work provides valuable input toward a novel double-shelled hollow nanocage reactor with excellent photothermal catalysis ability for efficient recovery U(VI) from uranium mine wastewater to address environmental contamination issues.
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