【期刊】石墨烯基光芬顿催化剂用于污染物控制 | Trans Tianjin Univ
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文章信息石墨烯基光芬顿催化剂用于污染物控制
作者：Yan Bao, Qingyun Yan, Jiahui Ji, Bocheng Qiu, Jinlong Zhang, Mingyang Xing
原文标题：Graphene-Based Photo-Fenton Catalysts for Pollutant Control
期刊：Trans Tianjin Univ, 2020
https://doi.org/10.1007/s12209-020-00276-2
原文链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s12209-020-00276-2
本文亮点
1.归纳整理了目前所有的石墨烯基复合光芬顿催化剂，并介绍了各自独特的结构、特性、活性和催化机理。
2.对比了2D和3D石墨烯基复合光芬顿催化剂的优缺点，并对未来的石墨烯基催化剂的发展方向做出了展望。
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背景及意义随着工业和人类社会的不断发展，不断出现的水污染问题吸引着所有人尤其是科研工作者的目光。传统的物理方法难以取得很好的成效，于是类似于高级氧化（AOPs）的技术便受到人们的广泛关注。光芬顿就是一种集合了芬顿反应和光催化反应的优点的高级氧化技术，它一定程度上克服了传统芬顿的固有缺陷。同时，石墨烯作为新兴的催化材料，被大量地引入到光芬顿体系中。本文对目前用于该领域的石墨烯基复合催化剂进行了汇总和分析。我们将这些催化剂分为了2D和3D材料，并逐一各自的结构、特性、活性和催化机理。除此之外，考虑到目前光芬顿在应用到实际污染物治理前亟待解决的一系列问题，包括H2O2的利用率低、应用pH范围窄、产生铁泥三大缺陷以及实际制备使用回收的成本问题。我们将重点放在目前的研究是如何试图通过石墨烯解决这些问题的，以及整体的研究趋势。最后我们对未来光芬顿领域的石墨烯基催化剂的发展方向和着重点做出了展望，对以后的研究具有一定的参考价值。
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图文导读图1 常见的石墨烯基材料光助芬顿示意
图2 a GO和GO-Fe2O3的FT-IR光谱；b在不同条件下RhB的变色：（a）RhB/H2O2/vis；（b）RhB/H2O2，黑暗；（c）RhB / GO-Fe2O3，黑暗；（d）RhB/GO-Fe2O3/vis；（e）RhB/GO-Fe2O3/H2O2，黑暗；（f）RhB/GO-Fe2O3/H2O2/vis （g）RhB/Fe3+/H2O2/vis （经参考文献[37]许可复制）；c紫外可见散射α-Fe2O3和α-Fe2O3@ GO的反射光谱；d α-Fe2O3@ GO+H2O2+UV系统中各种有机物的降解（经参考文献[31]许可复制）
图3 a和b是非晶态Fe3O4/GO复合材料的HRTEM；c Fe3O4/RGO光催化剂的磁分离性能；d在模拟太阳光照射下，对太阳驱动的MO降解进行循环试验（i1-i4：Fe3O4/RGO；ii1-ii4：市售Fe3O4粉末；iii1：Fe3O4/RGO黑暗条件）（经参考文献[20]许可复制）
图4 a UV-Vis DRS；b β-FeOOH和β-FeOOH@GO的PL光谱；c pH值对MB脱色的影响；d 在β-FeOOH@GO + H2O2 + UV系统中六次循环后，pH值对催化剂耐久性的影响（经参考文献[35]许可复制）
图5a ZnFe2O4-G（0.2）的FESEM图像；b（a）ZnFe2O4-G（0.2），（b）纯ZnFe2O4和（c）GO的EIS；c带有和不带有磁场的ZnFe2O4-G（0.2）悬浮液的图像。（经参考文献[25]许可复制）；dMB的Photo-Fenton降解。初始条件如下：（1）MB+GO-NiFe2O4+1.0 mMH2C2O4+可见光；（2）MB + NiFe2O4 + 1.0mM H2C2O4 +可见光；（3）在黑暗中为MB + GO-NiFe2O4+ H2C2O4；（4）MB + GO-NiFe2O4 +可见光；（5）MB +黑暗中的GO-NiFe2O4；（6）黑暗中的MB + H2C2O4；（7）MB + GO +NiFe2O4 + H2C2O4 +可见光；e在1.0 mM草酸存在下，在50.0 mL含20.0 mg/LMB的溶液中进行0.10g GO-NiFe2O4催化剂的循环测试； f石墨烯在GO-NiFe2O4杂化材料中介导的光化学过程（经参考文献[41]许可复制）
图6 a MIL-88A（Fe/GO的SEM图像；b MIL-88A（Fe）和MIL-88A（Fe/GO纳米复合材料的紫外可见DRS光谱。（经参考文献[47]许可复制）； c-e用于MB溶液的GO / MIL-88A（Fe）膜分离；f–h光芬顿自清洁可降解积累的MB分子（经参考文献[46]许可复制）
图7a Fe3O4，bFe3O4@GO和cFe3O4@GO@MIL-100（Fe）的TEM图像；可见光照射下的光芬顿体系中，Fe3O4，Fe3O4@GO，MIL-100（Fe），Fe3O4@MIL-100（Fe）和Fe3O4@GO@的ESR光谱：dDMPO-HO·加合物存在下；e DMPO-O2·-加合物存在下（经参考文献[44]许可复制）
图8 a通过改变反应容器（反应容器从右到左增加）制备的具有可变形状的Fe2O3/GA； Fe2O3/GAs的bFE-SEM和c TEM图像； d Fe2O3/ GAs压缩试验；Fe2O3/GAs的压缩结构（经参考文献[21]许可复制）
图9 a在不同反应体系（1.2mL H2O2 （30wt％），初始pH为3.5）下太阳能驱动降解甲基橙（75mL MO，10mg / L）的循环试验； b在1,10-菲咯啉一水合物存在下（初始pH为3.5），Fe2O3粉末和Fe2O3/GAs光降解MO滤液的吸收光谱； c Fe2O3/GA(1.2 mL H2O2（30wt％）上的MO的太阳能驱动降解，通过添加0.1mol/L HCl将初始pH从3.5调节至9.0）； d太阳能驱动的MO降解循环试验，用于在初始pH为7.0的不同催化剂上； e含染料污染物和H2O2的体系中Fe2O3/GAs的光-芬顿反应模型（经参考文献[21]许可复制）
图10 rGO/PB/PPy气凝胶的a制备图和bSEM图像。（经参考文献[53]许可复制）；crGS/FexOy/NCL气凝胶的SEM图像；d循环伏安（CV）扫描rGS/ FexOy /NCL气凝胶和γ-Fe2O3 NPs（经参考文献[54]许可复制）
图11 a 0.2Fe/RGO/PAM水凝胶的SEM图像；b PAM水凝胶和0.2Fe/GO/PAM水凝胶的压缩应力（σ）-压缩应变（ε）图；c PAM水凝胶和0.2Fe/RGO/PAM水凝胶的可拉伸测试；d光芬顿反应，用于在0.2Fe/RGO/PAM（苯系废水，pH = 4.5，可见光：λ> 420 nm）上降解精细化工废水（经参考文献[57]许可复制）
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通讯作者简介邢明阳
华东理工大学化学与分子工程学院教授、博士生导师。2012年博士毕业于华东理工大学应用化学专业，2015-2016年在美国加州大学河滨分校作为访问学者工作一年。他的研究专注于功能纳米材料的设计和制备及其在环境和能源领域的应用。在相关领域SCI期刊上发表了90多篇论文，被引用7200多次（H指数：48）。
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https://link.springer.com/article/10.1007/s12209-020-00276-2
文章来源：“ 天津大学学报英文版”公众号
The scope of Transactions of Tianjin University is intentionally broad that encompasses the multidisciplinary research of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science. It will include the topics such as Solar energy and photovoltaics, Hydrogen production and storage, Fuel cells, CO₂ conversion and storage, Energy storage and conversion materials, Batteries and supercapacitors, Biofuels, New strategies for the clean utilization of coal andoil, etc.
Readership will include energy researchers, chemists, materials scientists, engineers, environmental and analytical scientists from academia and industry.
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