Tổng hợp solvothermal Bi2S3 nguyên chất và Bi2S3 doped Sn và đánh giá hoạt động quang xúc tác của chúng trong việc phân hủy thuốc nhuộm methylene blue

Springer Science and Business Media LLC - 2021
Violet M. Nkwe1, Damian C. Onwudiwe1, Mayowa Akeem Azeez2
1Material Science Innovation and Modelling (MaSIM) Research Focus Area, Faculty of Natural and Agricultural Sciences, North-West University, Mafikeng Campus, Private Bag X2046, Mmabatho 2735, South Africa
2Department of Industrial Chemistry, Ekiti State University, P.M.B 5363, Ado Ekiti, Ekiti State, Nigeria

Tóm tắt

Tóm tắt Giới thiệu Một lượng lớn phân tử thuốc nhuộm đã thải vào môi trường, tích tụ trong các nguồn nước và làm cho hệ thống thủy sinh không an toàn cho sức khỏe con người. Do tính chất phức tạp của các vật liệu thuốc nhuộm này, hầu hết các kỹ thuật thông thường không hiệu quả trong việc loại bỏ chúng. Quang xúc tác bán dẫn đã nổi lên như một kỹ thuật hứa hẹn cho việc tiêu hủy các chất ô nhiễm hữu cơ dưới tia UV hoặc ánh sáng nhìn thấy. Trong số các chất bán dẫn, Bi2S3 được sử dụng rộng rãi trong quang xúc tác do không độc hại và ổn định hóa học. Tuy nhiên, một trong những vấn đề của nó là tỷ lệ tái kết hợp điện tích cao, và nhiều phương pháp đã được áp dụng để nâng cao khả năng phản ứng quang. Một trong những phương pháp này là việc bổ sung các nguyên tố chuyển tiếp. Kết quả Ở đây, một phương pháp solvothermal đơn giản đã được sử dụng để chuẩn bị các nanorod Bi2S3 vàBi2S3 hình kim được dop bằng Sn, sử dụng bismuth(III) tris(N-phenyldithiocarbamate) như tiền chất nguồn đơn. Các vật liệu nan được chuẩn bị đã được đặc trưng và được sử dụng làm chất xúc tác hiệu quả cho quá trình phân hủy methylene blue (MB) trong điều kiện chiếu sáng bằng ánh sáng nhìn thấy. Các vật liệu nan đã thể hiện hoạt động quang xúc tác rất tốt trong việc phân hủy MB, với tỷ lệ phân hủy đạt tới 83% và 94% trong vòng 150 phút cho Bi2S3 nguyên chất và Bi2S3 doped Sn, tương ứng. Kết luận Sự cải thiện hoạt động quang xúc tác của Bi2S3 doped Sn được quy cho sự ức chế tỷ lệ tái kết hợp của các cặp electron‐hole, do sự hình thành cấp độ năng lượng mới bên dưới CB, có khả năng điều chỉnh nồng độ cân bằng của các hạt mang. Điều này xác nhận rằng Bi2S3 doped Sn có thể được sử dụng như các chất xúc tác có giá trị và tiết kiệm chi phí để loại bỏ methylene blue khỏi các dung dịch nước và cũng là các ứng viên tiềm năng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Bhatnagar A, Jain AK. A comparative adsorption study with different industrial wastes as adsorbents for the removal of cationic dyes from water. J Colloid Interface Sci. 2005;281:49–55.

Robinson T, McMullan G, Marchant R, Nigam P. A comparative adsorption study with different industrial wastes as adsorbents for the removal of cationic dyes from water. Bioresour Technol. 2001;77:247–55.

Azizullah A, Khattak MN, Richter P, Hader DP. Water pollution in Pakistan and its impact on public health-a review. Environ Int. 2011;37:479–97.

Raghu S, Ahmed Basha C. Chemical or electrochemical techniques, followed by ion exchange, for recycle of textile dye wastewater. J Hazard Mater. 2007;149:324–30.

Park JS, Choi W. Enhanced remote photocatalytic oxidation on surface-fluorinated TiO2. Langmuir. 2004;20:11523–7.

Ye C, Meng G, Jiang Z, Wang Y, Zhang L. Rational growth of Bi2S3 nanotubes from quasi-two-dimensional precursors. Chem Soc. 2002;124:15180–1.

Sun B, Qiao Z, Shang K, Fan H, Ai S. Facile synthesis of silver sulfide/bismuth sulfide nanocomposites for photocatalytic inactivation of Escherichia coli under solar light irradiation. Mater Lett. 2013;91:142–5.

Konstantatos G, Levina L, Tang J, Sargent EH. Sensitive solution-processed Bi2S3 nanocrystalline photodetectors. Nano Lett. 2008;8:4002–6.

Helal A, Harraz FA, Ismail AA, Sami TM, Ibrahim IA. Controlled synthesis of bismuth sulfide nanorods by hydrothermal method and their photocatalytic activity. Mater Des. 2016;102:202–12.

Dutta SK, Mehetor SK, Pradhan N. Metal semiconductor heterostructures for photocatalytic conversion of light energy. J Phys Chem Lett. 2015;6:936–44.

Saha N, Sarkar A, Ghosh AB, Dutta AK, Bhadu GR, Paul P, Adhikary B. Highly active spherical amorphous MoS2: facile synthesis and application in photocatalytic degradation of rose bengal dye and hydrogenation of nitroarenes. RSC Adv. 2015;5:88848–56.

Pejova B, Grozdanov I. Structural and optical properties of chemically deposited thin films of quantum-sized bismuth(III) sulfide. Mater Chem Phys. 2006;99:39–49.

Manzoor M, Rafiq A, Ikram M, Nafees M, Ali S. Structural, optical, and magnetic study of Ni-doped TiO2 nanoparticles synthesized by sol-gel method. Intern Nano Lett. 2018;8:1–8.

Anku WW, Oppong SOB, Govender PP. Bismuth-based nanoparticles as photocatalytic materials. In Bismuth -Adv. Appl. Defects Charact. 2018.

Dixit N, Anasane N, Chavda M, Bodas D, Soni HP. Inducing multiple functionalities in ZnS nanoparticles by doping Ni2+ ions. Mater Res Bull. 2013;48:2259–67.

Anasane N, Ameta R. Morphologies of nanostructured bismuth sulphide and Mn (II) doped bismuth sulphide nanoparticles: characterization and application. Mater Sci Pol. 2017;35:6–13.

Sarkar A, Ghosh AB, Saha N, Dutta AK, Srivastava DN, Paul P, Adhikary B. Enhanced photocatalytic activity of Eu-doped Bi2S3 nanoflowers for degradation of organic pollutants under visible light illumination. Catal Sci Technol. 2015;5:4055–63.

Dutta AK, Maji SK, Mitra K, Sarkar A, Saha N, Ghosh AB, Adhikary B. Single source precursor approach to the synthesis of Bi2S3 nanoparticles: a new amperometric hydrogen peroxide biosensor. Sens Actuators B Chem. 2014;192:578–85.

Rong X, Qiu F, Rong J, Yan J, Zhao H, Zhu X, Yang D. Synthesis of porous g-C3N4/La and enhanced photocatalytic activity for the degradation of phenol under visible light irradiation. J Solid State Chem. 2015;230:126–34.

Yu Y-Q, Zhang B-P, Ge Z-H, Shang P-P, Chen Y-X. Thermoelectric properties of Ag-doped bismuth sulfide polycrystals prepared by mechanical alloying and spark plasma sintering. Mater Chem Phys. 2011;131:216–22.

Soofivand F, Salavati-Niasari M, Mohandes F. Novel precursor-assisted synthesis and characterization of zinc oxide nanoparticles/nanofibers. Mater Lett. 2013;98:55–8.

Kim J, Kang M. High photocatalytic hydrogen production over the band gap-tuned urchin-like Bi2S3-loaded TiO2 composites system. Int J Hydrog Energ. 2012;37:8249–56.

Kumar S, Sharma S, Sood S, Umar A, Kansal SK. Bismuth sulfide (Bi2S3) nanotubes decorated TiO2 nanoparticles heterojunction assembly for enhanced solar light driven photocatalytic activity. Ceram Intern. 2016;42:17551–7.

Lu J, Han Q, Wang Z. Synthesis of TiO2/Bi2S3 heterojunction with a nuclear-shell structure and its high photocatalytic activity. Mater Res Bull. 2012;47:1621–4.

Abdullah NH, Zainal Z, Silong S, Tahir MIM, Tan KB, Chang SK. Synthesis of zinc sulphide nanoparticles from thermal decomposition of zinc N-ethyl cyclohexyl dithiocarbamate complex. Mater Res Bull. 2016;173:33–41.

Ajibade PA, Onwudiwe DC, Moloto MJ. Synthesis of hexadecylamine capped nanoparticles using group 12 complexes of N-alkyl-N-phenyl dithiocarbamate as single-source precursors. Polyhedron. 2011;30:246–52.

Bobinihi FF, Osuntokun J, Onwudiwe DC. Syntheses and characterization of nickel(II) dithiocarbamate complexes containing NiS4 and NiS2PN moieties: nickel sulphide nanoparticles from a single source precursor. J Saudi Chem Soc. 2018;22:381–95.

Srinivasan N, Thirumaran S, Ciattini S. Effect of position of methyl substituent in piperidinedithiocarbamate on the ZnS4N chromophore: synthesis, spectral, valence-bond parameters and single crystal X-ray structural studies on bis(2-methylpiperidinecarbodithioato-S, S′)-(pyridine)zinc(II) and bis(4-methylpiperidinecarbodithioato-S, S′)(pyridine)zinc(II). J Mol Struct. 2009;936:234–8.

O’Brien P, Malik MA, Revaprasadu N. Precursor routes to semiconductor quantum dots. Phosphorus Sulfur Silicon Relat Elem. 2007;180:689–712.

Rache ML, García AR, Zea HR, Silva AMT, Madeira LM, Ramírez JH. Azo-dye orange II degradation by the heterogeneous Fenton-like process using a zeolite Y-Fe catalyst-kinetics with a model based on the Fermi’s equation. Appl Catal B Environ. 2014;146:192–200.

Mahmoud MHH, Ismail AA, Sanad MMS. Developing a cost-effective synthesis of active iron oxide doped titania photocatalysts loaded with palladium, platinum or silver nanoparticles. Chem Eng J. 2012;187:96–103.

Fateh R, Ismail AA, Dillert R, Bahnemann DW. Highly active crystalline mesoporous TiO2 films coated onto polycarbonate substrates for self-cleaning applications. J Phys Chem C. 2011;115:10405–11.

Houas A, Lachheb H, Ksibi M, Elaloui E, Guillard C, Herrmann JM. Photocatalytic degradation pathway of methylene blue in water. Appl Catal B: Environ. 2001;31:145–57.

Mehrabian M, Esteki Z. Degradation of methylene blue by photocatalysis of copper assisted ZnS nanoparticle thin films. Optik. 2017;130:1168–72.

Yan J, Zhang Y, Liu S, Wu G, Li L, Guan N. Facile synthesis of an iron doped rutile TiO2 photocatalyst for enhanced visible-light-driven water oxidation. J Mater Des A. 2015;3:21434–8.

Li X, Guo Z, He T. The doping mechanism of Cr into TiO2 and its influence on the photocatalytic performance. Phys Chem Chem Phys. 2013;15:20037–45.

Archana PS, Jose R, Jin TM, Vijila C, Yusoff MM, Ramakrishna S. Structural and electrical properties of Nb-doped anatase TiO2 nanowires by electrospinning. J Am Ceram Soc. 2010;93:4096–102.

Song L, Chen C, Zhang S. Preparation and photocatalytic activity of visible light-sensitive selenium-doped bismuth sulfide. Powder Tech. 2011;207:170–4.

Nwaji N, Akinoglu EM, Giersig M. Gold nanoparticle-decorated Bi2S3 nanorods and nanoflowers for photocatalytic wastewater treatment. Catalysts. 2021. https://doi.org/10.3390/catal11030355.

Jiang Y, Hu J, Li J. Synthesis and visible light responsed photocatalytic activity of Sn doped Bi2S3 microspheres assembled by nanosheets. RSC Adv. 2016;6:39810–7.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Thông tin tác giả