Small:新型N掺杂CQDs修饰的SnS2光催化剂用于皮革废水的高效处理

随着全球对皮革产品需求的急剧增加,越来越多的制革废水被排入水体。其中在制革鞣化过程中使用到的重铬酸钾以及皮革制品防腐过程中使用的对硝基苯酚这两种工业废品成为威胁人类健康的两大元凶。光催化技术在解决皮革厂废水存在的环境问题上展现了巨大的潜力,它可利用取之不尽的太阳能作为驱动力将有毒的重金属离子和有机污染物完全转化或消除,为绿色化学的发展注入了源源不断的生命力。光催化剂的设计创新和功能研究在环境化学领域和能源化学领域中占据着无可替代的重要地位。但大多数光催化剂均为宽带半导体,只能利用太阳光谱中不到5%的紫外光来激发,对太阳能的利用效率很低。

图一:N-CQDs/SnS2光催化剂在制革废水中的工作示意图

近年来,金属硫化物半导体作为光催化剂的开发倍受科研工作者的关注,特别是它们能充分捕获可见光甚至红外光方面展现了巨大的潜力。锡基硫属材料不仅赋予这类半导体功能材料低毒性、宽的光谱响应以及优异的后修饰性等优良性能,拓宽了其在环境保护、能量存储和生物医药等前沿科技领域的潜在应用价值。如若进一步解决锡基硫属材料载流子分离差的局限性,将有望实现绿色催化与高效催化的双赢,使其具有极大的竞争性优势。

图二:N-CQDs/SnS2催化剂的光催化原理示意图

近日,吉林大学化学学院的李广社教授课题组基于新型功能材料的结构设计和应用开发,巧妙利用原位的方法构筑了一类氮掺杂的碳量子点(N-CQDs)修饰的硫化锡(SnS2)新型复合功能材料。N-CQDs扮演加速载流子分离和光电子转移的角色,从而使得光生电子大量被皮革厂废水中Cr(VI)离子捕获,促进Cr(VI)还原成为无毒的Cr(III)。不仅如此,废水中的另一主要物质对硝基苯酚(4-NP)可作为空穴牺牲剂,大量捕获空穴将自己氧化分解的同时,又再一次加速了催化剂电子和空穴的分离,实现了高效催化。该工作还采用了莫特肖特基曲线和阻抗谱等电化学方法以及表面光电压,荧光光谱等方法量化研究并证明了材料中光生载流子的分离和转移情况。同时该工作证实了锡基硫属功能材料在光催化领域的巨大应用潜力,为新型绿色功能材料的设计合成提供了新思路。这一成果由吉林大学李广社教授课题组发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201804515)上。