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Development of Broadband Nanostructured Photocatalysts for Environmental Remediation.

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Song, Guolong (2021). Development of Broadband Nanostructured Photocatalysts for Environmental Remediation. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de l’énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 83 p.

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Résumé

Un photocatalyseur à large bande de l'hétérojonction de type II des nanoforêts de TiO₂ (NFt) et du ZnIn₂S₄ en phase mixte est conçu et synthétisé pour la dégradation photocatalytique des MO. L'utilisation de la synthèse en une étape de ZnIn₂S₄ à phases mixtes en présence de TiO₂ NFt permet d'obtenir une efficacité de couplage élevée entre ZnIn₂S₄ et TiO₂ NFt. Les NFts ZnIn₂S₄-TiO₂ présentent une durabilité remarquable et une photoréponse étendue des régions ultraviolettes (UV) aux régions visibles, tout en présentant des performances photocatalytiques considérablement améliorées dans la dégradation du méthylorange (MO), quelle que soit l'exposition à la lumière solaire ou visible. Sous > 420 nm d'irradiation lumineuse, la constante de vitesse normalisée en masse des NFts ZnIn₂S₄-TiO₂ (0,00129 min⁻¹ mg⁻¹) dépasse de loin celle du ZnIn₂S₄ (0,00098 min⁻¹ mg⁻¹) de 1,3 fois. Pendant ce temps, il est augmenté à 2,5 fois sous irradiation solaire. Les mécanismes de la photodégradation sont découverts, en identifiant les intermédiaires actifs en réalisant des expériences de piégeage sous éclairage visible. Ce travail met en évidence le grand potentiel de développement de photocatalyseurs à large bande ZnIn₂S₄-TiO₂ NFt hautement efficaces pour faire face aux défis posés par la pollution de l'environnement.

Abstract

A broadband photocatalyst of the type-II heterojunction of TiO₂ nanoforests (NFts) and mixed-phase ZnIn₂S₄ is designed and synthesized for photocatalytic MO degradation. Utilizing one-step synthesis of mixed-phased ZnIn₂S₄ in the presence of TiO₂ NFts achieves the high coupling efficiency between ZnIn₂S₄ and TiO₂ NFts. The ZnIn₂S₄- TiO₂ NFts exhibits remarkable durability and wide photoresponse from the ultraviolet (UV) to visible regions, while it presents a tremendously enhanced photocatalytic performance in the degradation of methyl orange (MO) regardless of exposure to solar or visible light. Under λ > 420 nm light irradiation, the mass-normalized rate constant of the ZnIn₂S₄- TiO₂ NFts (0.00129 min⁻¹ mg⁻¹) far exceeds that of the ZnIn₂S₄ (0.00098 min⁻¹ mg⁻¹) by 1.3 times. Meanwhile, it is increased to 2.5 times under solar irradiation. The mechanisms of the photodegradation are uncovered, identifying the active intermediates by performing trapping experiments under visible light illumination. This work highlights the great potential of developing highly efficient ZnIn₂S₄-TiO₂ NFt broadband photocatalysts for coping with the challenges brought by environmental pollution.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Ma, Dongling
Co-directeurs de mémoire/thèse: Chen, Zhi
Mots-clés libres: TiO₂; ZnIn₂S₄; photocatalyse; hétérojonction; dégradation du méthylorange; photocatalysis; heterojunction; MO degradation
Centre: Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt: 15 oct. 2021 18:12
Dernière modification: 05 juill. 2022 13:54
URI: https://espace.inrs.ca/id/eprint/12050

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