基于FeWO4/CuO纳米复合材料中界面电荷转移的太阳能驱动光催化Cr(VI)还原反应

《ACS Sustainable Resource Management》：Solar Driven Photocatalytic Reduction of Cr(VI) Via Interfacial Charge Transfer in FeWO4/CuO Nanocomposite

　　

摘要

六价铬（Cr(VI)）是一种有害的微量污染物，由于各种人类活动而常见于工业废水之中，会对环境和健康造成严重威胁。在本研究中，通过共沉淀法 followed by热分解法合成了一种FeWO₄/CuO纳米复合材料，并对其晶体结构、形态、元素组成及光学性质进行了系统分析。随后测试了该材料在自然阳光照射下的光催化还原有毒Cr(VI)的能力。粉末X射线衍射分析表明，FeWO₄的晶粒平均尺寸从39.90纳米降至25.48纳米，CuO的晶粒平均尺寸从30.51纳米降至25.48纳米，这表明两种组分之间的分散性和相互作用得到了提升。该FeWO₄/CuO纳米复合材料展现出更强的光催化活性，在90分钟内可将Cr(VI)还原为Cr(III)的比例达到98.89%，而FeWO₄仅为39.24%，CuO为56.54%。还原过程遵循伪一级动力学规律，其速率常数(k)为0.0409分钟^–1，这一数值大约是纯FeWO₄的5倍（0.0097分钟^–1），也是CuO的2倍左右（0.021分钟^–1）。研究还系统探讨了催化剂用量（1.2克/升，转化率为98.85%）、溶液pH值（pH值为2时转化率为98.89%）以及无机离子存在对反应的影响，所得趋势为：Cl^– < Br^– < SO₄^2– < NO₃^– < IO₃^– < CO₃^2– < I^–。活性物种捕获实验表明，电子（e^–）在还原过程中起主导作用。此外，该纳米复合材料还具有出色的稳定性和可重复使用性，经过五次连续反应后，其效率仅下降了2.5%。