Composite photocatalysts g-C3N4/TiO2 for hydrogen production and dye decomposition

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The photocatalytic activity of the g-C3N4 /TiO2 composite samples in the processes of dye (methylene blue) decomposition and hydrogen evolution from an aqueous ethanol solution under the action of visible radiation (400 nm) has been studied. A new original method for the synthesis of the g-C3N4 /TiO2 composite by depositing g-C3N4 /TiO2 to TiO2 nanoparticles during sol-gel synthesis is proposed. The synthesized photocatalysts were characterized by X-ray diffraction, low-temperature gas adsorption, X-ray photoelectron spectroscopy, high-resolution transmission microscopy, and diffuse reflectance spectroscopy in the UV and visible regions. The maximum activity in the hydrogen evolution reaction was 1.3 mmol h–1, which exceeds the rate of hydrogen evolution on the unmodified g-C3N4 and TiO2 samples.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Zhurenok

Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kozlova@catalysis.ru
Russian Federation, Acad. Lavrentiev pr., 5, Novosibirsk, 630090

A. A. Sushnikova

Institute of Metallurgy, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kozlova@catalysis.ru
Russian Federation, Amundsena st., 101, Yekaterinburg, 620016

A. A. Valeeva

Institute of Solid State Chemistry, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kozlova@catalysis.ru
Russian Federation, Pervomayskaya st., 91, Yekaterinburg, 620990

A. Yu. Kurenkova

Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kozlova@catalysis.ru
Russian Federation, Acad. Lavrentiev pr., 5, Novosibirsk, 630090

D. D. Mishchenko

Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Boreskov Institute of Catalysis

Email: kozlova@catalysis.ru

Multiaccess Center “SKIF“

Russian Federation, Acad. Lavrentiev pr., 5, Novosibirsk, 630090; Nikolskii pr., 5, Koltsovo, 630559

E. A. Kozlova

Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Institute of Metallurgy, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: kozlova@catalysis.ru
Russian Federation, Acad. Lavrentiev pr., 5, Novosibirsk, 630090; Amundsena st., 101, Yekaterinburg, 620016

A. A. Rempel’

Institute of Metallurgy, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kozlova@catalysis.ru
Russian Federation, Amundsena st., 101, Yekaterinburg, 620016

References

  1. Sun W., Zhu J., Zhang M., Meng X., Chen M., Feng Y., Chen X., Ding Y. // Chin. J. Catal. 2022. V. 43. P. 2273.
  2. Zhang S., Wang K., Li F., Ho S.H. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 37517.
  3. Yakushev A.A., Abel A.S., Averin A.D., Beletskaya I.P., Cheprakov A.V., Ziankou I.S., Bonneviot L, Bessmertnykh-Lemeune A. // Coord. Chem. Rev. 2022. V. 458. P. 214331.
  4. Любина Т.П., Козлова Е.А. // Кинетика и катализ. 2012. Т. 53. № 2. С. 197. (Lyubina T.P., Kozlova E.A. // Kinet. Catal. 2012. V. 53. № 2. P. 188).
  5. Valeeva A.A., Dorosheva I.B., Kozlova E.A., Sushnikova A.A., Kurenkova A.Y., Saraev А., Schroettner H., Rempel А. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. P. 16917.
  6. Rempel A.A., Valeeva A.A. // Russ. Chem. Bull. 2019. V. 68. P. 2163.
  7. Valeeva A.A., Rempel A.A., Rempel S.V., Sadovnikov S.I., Gusev A.I. // Russ. Chem. Rev. 2021. V. 90. P. 601.
  8. Yang H. // Mater. Res. Bull. 2021. V. 142. P. 111406.
  9. Su Y.W., Lin W.H., Hsu Y.J., Wei K.H. // Small. 2014. V. 10. P. 4427.
  10. Patial S., Raizada P., Hasija V., Singh P., Thakur V.K., Nguyen V.H. // Mater. Today Energy. 2021. V. 19. P. 100589.
  11. Xu J., Shen J., Jiang H., Yu X., Ahmad Qureshi W., Maouche C,; Gao J., Yang J., Liu Q. // J. Ind. Eng. Chem. 2023. V. 119. P. 112.
  12. Eddy D.R., Permana M.D., Sakti L.K., Sheha G.A.N., Solihudin G.A.N., Hidayat S., Takei T., Kumada N., Rahayu I. // Nanomater. 2023. V.13. P. 704.
  13. Rafique M., Hajra S., Irshad M., Usman M., Imran M., Assiri M.A., Ashraf W.M. // ACS Omega. 2023. V. 8. P. 25640.
  14. Rempel A.A., Valeeva A.A., Vokhmintsev A.S., Weinstein I.A. // Russ. Chem. Rev. 2021. V. 90. P. 1397.
  15. Dorosheva I.B., Valeeva A.A., Rempel A.A., Trestsova M.A., Utepova I.A., Chupakhin O.N. // Inorg. Mater. 2021. V. 57. P. 503.
  16. Fujishima A., Rao T.N., Tryk D.A. // J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. 2000. V. 1. P. 1.
  17. Yan H., Wang X., Yao M., Yao X. // Prog. Nat. Sci. Mater. Int. 2013. V. 23. P. 402.
  18. Qiang W., Qu X., Chen C., Zhang L., Sun D. // Mater. Today Commun. 2022. V. 33. 104216.
  19. Cheng Y., Gao J., Shi Q., Li Z., Huang W. // J. Alloys Compd. 2022. V. 901. P. 163562.
  20. Ansari F., Sheibani S., Fernandez-García M. // J. Alloys Compd. 2022. V. 919. P. 165864.
  21. Yin Z., Zhang X., Yuan X., Wei W., Xiao Y., Cao S. // J. Clean. Prod. 2022. V. 375. P. 134112.
  22. Etacheri V., Di Valentin C., Schneider J., Bahnemann D., Pillai S.C. // J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. 2015. V. 25. P. 1.
  23. Tang Z., Xu L., Shu K., Yang J., Tang H. // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2022. V. 642. P. 128686.
  24. Sabir M., Rafiq K., Abid M.Z., Quyyum U., Shah S.S.A., Faizan M., Rauf A., Iqbal S., Hussain E. // Fuel. 2023. V. 353. P. 129196.
  25. Luo T., Sun X., Ma D., Wang G., Yang F., Zhang Y., Huang J., Zhang H., Wang J., Peng F. // J. Phys. Chem. C. 2023. V. 127. P. 1372.
  26. Shi Q., Zhang X., Li Z., Raza A., Li G. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2023. V. 15. P. 30161.
  27. Zhang H., Su T., Yu S., Liao W., Ren W., Zhu Z., Yang K., Len C., Dong G., Zhao D., Lü H. // Mol. Catal. 2023. V. 536. P. 112916.
  28. Priya B.A., Sivakumar T., Venkateswari P. // J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2022. V. 33. P. 6646.
  29. Li Y., He Z., Liu L., Jiang Y., Ong W.J., Duan Y., Ho W., Dong F. // Nano Energy. 2023. V. 105. P. 108032.
  30. Wang J., Wang S. // Coord. Chem. Rev. 2022. V. 453. P. 214338.
  31. Dong G., Zhang Y., Pan Q., Qiu J. // J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. 2014. V. 20. P. 33.
  32. Sun Y., Kumar V., Kim K.H. // Sep. Purif. Technol. 2023. V. 305. P. 122413.
  33. Kozlova E.A., Valeeva A.A., Sushnikova A.A., Zhurenok A.V., Rempel A.A. // Nanosyst. Phys. Chem. Math. 2022. V. 13. P. 632.
  34. Fina F., Callear S.K., Carins G.M., Irvine J.T.S. // Chem. Mater. 2015. V. 27. P. 2612.
  35. Qiu P., Chen H., Xu C., Zhou N., Jiang F., Wang X., Fu Y.J. // Mater. Chem. A. 2015. V. 3. P. 24237.
  36. Tang C., Cheng M., Lai C., Li L., Yang X., Du L., Zhang G., Wang G., Yang L. // Coord. Chem. Rev. 2023. V. 474. P. 214846.
  37. Mai W., Wen F., Xie D., Leng Y., Mu Z. // J. Adv. Ceram. 2014. V. 3. P. 49.
  38. Kaichev V.V., Chesalov Y.A., Saraev A.A., Klyushin A.Y., Knop-Gericke A., Andrushkevich T.V., Bukhtiyarov V.I. // J. Catal. 2016. V. 338. P. 82.
  39. Kaichev V.V., Popova G.Y., Chesalov Y.A., Saraev A.A., Zemlyanov D.Y., Beloshapkin S.A., Knop-Gericke A., Schlögl R., Andrushkevich T.V., Bukhtiyarov V.I. // J. Catal. 2014. V. 311. P. 59.
  40. Finetti P., Sedona F., Rizzi G.A., Mick U., Sutara F., Svec M., Matolin V., Schierbaum K., Granozzi G. // J. Phys. Chem. C. 2007. V. 111. P. 869.
  41. Hasegawa Y., Ayame A. // Catal. Today. 2001. V. 71. P. 177.
  42. Luan Z., Maes E.M., Van Der Heide P.A.W., Zhao D., Czernuszewicz R.S., Kevan L. // Chem. Mater. 1999. V. 11. P. 3680.
  43. Dong F., Zhao Z., Xiong T., Ni Z., Zhang W., Sun Y., Ho W.K. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2013. V. 5. P. 11392.
  44. Liu H., Chen D., Wang Z., Jing H., Zhang R. // Appl. Catal. B: Environ. 2017. V. 203. P. 300.
  45. Kumar Singh A., Das C., Indra A. // Coord. Chem. Rev. 2022. V. 465. P. 214516.
  46. Alcudia-Ramos M.A., Fuentez-Torres, M.O., Ortiz-Chi F., Espinosa-González C.G., Hernández Como N., García-Zaleta D.S., Kesarla M.K., Torres-Torres J.G., Collins-Martínez V., Godavarthi S. // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 38.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diffraction patterns (a) and a graph in Tauc coordinates of the reflectance spectra (b) of the photocatalysts TiO2-as.pr., TiO2, g-C3N4 and g-C3N4/TiO2.

Download (596KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Ti2p (a) and N1s (b) spectra of the studied samples. The spectra are normalized to the integrated intensity of the peaks corresponding to the Ti2p spectra (in the case of TiO2 and g-C3N4/TiO2 composite photocatalysts) or the integrated intensity of the C1s peak corresponding to the g-C3N4 spectrum in the case of the unmodified g-C3N4 sample.

Download (836KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. HRTEM images of samples g-C3N4 (a), TiO2 (b), 1% g-C3N4/TiO2-1 (c), 1% g-C3N4/TiO2-2 (d), 5% g-C3N4/ TiO2-1 (e), 5% g-C3N4/TiO2-2 (f).

Download (2MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Kinetic curves of hydrogen evolution from an aqueous solution of ethanol in the presence of photocatalysts with deposited platinum (a) and changes in the concentration of MS (b); changes

Download (846KB)
Indexing metadata


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».