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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 11/2019

09.05.2019

CeO2-based nanoheterostructures with p–n and n–n heterojunction arrangements for enhancing the solar-driven photodegradation of rhodamine 6G dye

verfasst von: Metwally Madkour, Ola G. Allam, Ahmed Abdel Nazeer, Mohamed O. Amin, Entesar Al-Hetlani

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 11/2019

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Abstract

Recently, great attention has been directed towards the fabrication of solar-driven nanophotocatalysts for wastewater treatment. Thus, in this work, CeO2-based nanoheterostructures were synthesized by mixing n-type CeO2 nanoparticles (NPs) with p-type Cu2S and n-type Ag2S NPs to form Cu2S/CeO2 (p–n) and Ag2S/CeO2 (n–n) nanoheterostructures, respectively. The synthesis of pristine CeO2 and CeO2-based nanoheterostructure architectures and their characterization is conducted using XRD, XPS, TEM, HRTEM, UV–Vis, N2 sorpometry, and electrochemical techniques. Pristine CeO2 NPs had a particle size of 3.9 nm and a surface area of 72.40 m2 g−1, which increased with the generation of nanoheterostructures to 12.3 and 11.1 nm and to 81.5 and 101.16 m2 g−1 for Cu2S/CeO2 and Ag2S/CeO2, respectively. Moreover, both nanoheterostructures showed strong levels of visible light absorbance relative to UV absorber pristine CeO2 NPs. Moreover, Mott-Schottky measurements were collected to determine electrochemical flat potential and band gap structures, and based on the derived results, a schematic diagram of the separation of electron–hole and insight into mechanistic routes involved are given. The photocatalytic degradation of rhodamine 6G (R6G) under natural sunlight was investigated. Based on changes in the temporal UV–Vis spectra of R6G observed over time, photocatalytic efficiencies were estimated at 23%, 44% and 30% for pristine CeO2, Cu2S/CeO2 and Ag2S/CeO2, respectively. The enhancement of the photocatalytic performance of the nanoheterostructures was attributed to the generation of p–n and n–n heterojunction arrangements, which facilitated photogenerated charge separation and transfer.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat E. Al-Hetlani, M.O. Amin, M. Madkour, Appl. Surf. Sci. 411, 355–362 (2017)CrossRef E. Al-Hetlani, M.O. Amin, M. Madkour, Appl. Surf. Sci. 411, 355–362 (2017)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Y. Liu, S. Zhou, J. Li, Y. Wang, G. Jiang, Z. Zhao, B. Liu, X. Gong, A. Duan, J. Liu, Appl. Catal. B 168, 125–131 (2015)CrossRef Y. Liu, S. Zhou, J. Li, Y. Wang, G. Jiang, Z. Zhao, B. Liu, X. Gong, A. Duan, J. Liu, Appl. Catal. B 168, 125–131 (2015)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat H. Kominami, A. Tanaka, K. Hashimoto, Chem. Commun. 46, 1287–1289 (2010)CrossRef H. Kominami, A. Tanaka, K. Hashimoto, Chem. Commun. 46, 1287–1289 (2010)CrossRef
4.
5.
Zurück zum Zitat M. Aslam, M.T. Qamar, M.T. Soomro, I.M.I. Ismail, N. Salah, T. Almeelbi, M.A. Gondal, A. Hameed, Appl. Catal. B 180, 391–402 (2016)CrossRef M. Aslam, M.T. Qamar, M.T. Soomro, I.M.I. Ismail, N. Salah, T. Almeelbi, M.A. Gondal, A. Hameed, Appl. Catal. B 180, 391–402 (2016)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Y. Wang, F. Wang, Y. Chen, D. Zhang, B. Li, S. Kang, X. Li, L. Cui, Appl. Catal. B 147, 602–609 (2014)CrossRef Y. Wang, F. Wang, Y. Chen, D. Zhang, B. Li, S. Kang, X. Li, L. Cui, Appl. Catal. B 147, 602–609 (2014)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat N.S. Arul, D. Mangalaraj, P.C. Chen, N. Ponpandian, C. Viswanathan, Mater. Lett. 65, 3320–3322 (2011)CrossRef N.S. Arul, D. Mangalaraj, P.C. Chen, N. Ponpandian, C. Viswanathan, Mater. Lett. 65, 3320–3322 (2011)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat H. Miao, G.-F. Huang, J.-H. Liu, B.-X. Zhou, A. Pan, W.-Q. Huang, G.-F. Huang, Appl. Surf. Sci. 370, 427–432 (2016)CrossRef H. Miao, G.-F. Huang, J.-H. Liu, B.-X. Zhou, A. Pan, W.-Q. Huang, G.-F. Huang, Appl. Surf. Sci. 370, 427–432 (2016)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat S. Kumar, A.K. Ojha, D. Patrice, B.S. Yadav, A. Materny, Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 11157–11167 (2016)CrossRef S. Kumar, A.K. Ojha, D. Patrice, B.S. Yadav, A. Materny, Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 11157–11167 (2016)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat X.-J. Wen, C. Zhang, C.-G. Niu, L. Zhang, G.-M. Zeng, X.-G. Zhang, Catal. Commun. 90, 51–55 (2017)CrossRef X.-J. Wen, C. Zhang, C.-G. Niu, L. Zhang, G.-M. Zeng, X.-G. Zhang, Catal. Commun. 90, 51–55 (2017)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat N. Tian, H. Huang, C. Liu, F. Dong, T. Zhang, X. Du, S. Yu, Y. Zhang, J. Mater. Chem. A 3, 17120–17129 (2015)CrossRef N. Tian, H. Huang, C. Liu, F. Dong, T. Zhang, X. Du, S. Yu, Y. Zhang, J. Mater. Chem. A 3, 17120–17129 (2015)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Z.-M. Yang, G.-F. Huang, W.-Q. Huang, J.-M. Wei, X.-G. Yan, Y.-Y. Liu, C. Jiao, Z. Wan, A. Pan, J. Mater. Chem. A 2, 1750–1756 (2014)CrossRef Z.-M. Yang, G.-F. Huang, W.-Q. Huang, J.-M. Wei, X.-G. Yan, Y.-Y. Liu, C. Jiao, Z. Wan, A. Pan, J. Mater. Chem. A 2, 1750–1756 (2014)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat Z.-M. Yang, S.-C. Hou, G.-F. Huang, H.-G. Duan, W.-Q. Huang, Mater. Lett. 133, 109–112 (2014)CrossRef Z.-M. Yang, S.-C. Hou, G.-F. Huang, H.-G. Duan, W.-Q. Huang, Mater. Lett. 133, 109–112 (2014)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat N. Wetchakun, S. Chaiwichain, B. Inceesungvorn, K. Pingmuang, S. Phanichphant, A.I. Minett, J. Chen, ACS Appl. Mater. Interfaces 4, 3718–3723 (2012)CrossRef N. Wetchakun, S. Chaiwichain, B. Inceesungvorn, K. Pingmuang, S. Phanichphant, A.I. Minett, J. Chen, ACS Appl. Mater. Interfaces 4, 3718–3723 (2012)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat J. Zhang, P. Zhou, J. Liu, J. Yu, Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 20382–20386 (2014)CrossRef J. Zhang, P. Zhou, J. Liu, J. Yu, Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 20382–20386 (2014)CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Z. Zhuang, Q. Peng, B. Zhang, Y. Li, J. Am. Chem. Soc. 130, 10482–10483 (2008)CrossRef Z. Zhuang, Q. Peng, B. Zhang, Y. Li, J. Am. Chem. Soc. 130, 10482–10483 (2008)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat R. Zamiri, H.A. Ahangar, A. Zakaria, G. Zamiri, M. Shabani, B. Singh, J. Ferreira, Chem. Cent. J. 9, 28 (2015)CrossRef R. Zamiri, H.A. Ahangar, A. Zakaria, G. Zamiri, M. Shabani, B. Singh, J. Ferreira, Chem. Cent. J. 9, 28 (2015)CrossRef
19.
Zurück zum Zitat P. Knauth, J. Engel, S. Bishop, H. Tuller, J. Electroceram. 34, 82–90 (2015)CrossRef P. Knauth, J. Engel, S. Bishop, H. Tuller, J. Electroceram. 34, 82–90 (2015)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat F. Ghribi, A. Alyamani, Z.B. Ayadi, K. Djessas, L.E. Mir, Energy Procedia 84, 197–203 (2015)CrossRef F. Ghribi, A. Alyamani, Z.B. Ayadi, K. Djessas, L.E. Mir, Energy Procedia 84, 197–203 (2015)CrossRef
21.
22.
Zurück zum Zitat H.P. Klug, L.E. Alexander, X-Ray Diffraction Procedures: For Polycrystalline and Amorphous Materials, 2nd Edition, by Harold P. Klug, Leroy E. Alexander, p. 992, Wiley-VCH, ISBN 0-471-49369-4 (1974) H.P. Klug, L.E. Alexander, X-Ray Diffraction Procedures: For Polycrystalline and Amorphous Materials, 2nd Edition, by Harold P. Klug, Leroy E. Alexander, p. 992, Wiley-VCH, ISBN 0-471-49369-4 (1974)
23.
Zurück zum Zitat K.M. Dunnick, R. Pillai, K.L. Pisane, A.B. Stefaniak, E.M. Sabolsky, S.S. Leonard, Biol. Trace Elem. Res. 166, 96–107 (2015)CrossRef K.M. Dunnick, R. Pillai, K.L. Pisane, A.B. Stefaniak, E.M. Sabolsky, S.S. Leonard, Biol. Trace Elem. Res. 166, 96–107 (2015)CrossRef
24.
Zurück zum Zitat L. Torrente-Murciano, A. Gilbank, B. Puertolas, T. Garcia, B. Solsona, D. Chadwick, Appl. Catal. B 132, 116–122 (2013)CrossRef L. Torrente-Murciano, A. Gilbank, B. Puertolas, T. Garcia, B. Solsona, D. Chadwick, Appl. Catal. B 132, 116–122 (2013)CrossRef
25.
Zurück zum Zitat E. Preisler, O. Marsh, R. Beach, T. McGill, J. Vac. Sci. Technol. B 19, 1611–1618 (2001)CrossRef E. Preisler, O. Marsh, R. Beach, T. McGill, J. Vac. Sci. Technol. B 19, 1611–1618 (2001)CrossRef
26.
Zurück zum Zitat D. Mullins, S. Overbury, D. Huntley, Surf. Sci. 409, 307–319 (1998)CrossRef D. Mullins, S. Overbury, D. Huntley, Surf. Sci. 409, 307–319 (1998)CrossRef
27.
Zurück zum Zitat M.A. Henderson, C. Perkins, M.H. Engelhard, S. Thevuthasan, C.H. Peden, Surf. Sci. 526, 1–18 (2003)CrossRef M.A. Henderson, C. Perkins, M.H. Engelhard, S. Thevuthasan, C.H. Peden, Surf. Sci. 526, 1–18 (2003)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat C. Barth, C. Laffon, R. Olbrich, A. Ranguis, P. Parent, M. Reichling, Sci. Rep. 6, 21165 (2016)CrossRef C. Barth, C. Laffon, R. Olbrich, A. Ranguis, P. Parent, M. Reichling, Sci. Rep. 6, 21165 (2016)CrossRef
29.
Zurück zum Zitat A. Nayak, T. Tsuruoka, K. Terabe, T. Hasegawa, M. Aono, Nanotechnology 22, 235201 (2011)CrossRef A. Nayak, T. Tsuruoka, K. Terabe, T. Hasegawa, M. Aono, Nanotechnology 22, 235201 (2011)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat M. Kundu, T. Hasegawa, K. Terabe, M. Aono, J. Appl. Phys. 103, 073523 (2008)CrossRef M. Kundu, T. Hasegawa, K. Terabe, M. Aono, J. Appl. Phys. 103, 073523 (2008)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat Y. Wang, X. Ai, D. Miller, P. Rice, T. Topuria, L. Krupp, A. Kellock, Q. Song, CrystEngComm 14, 7560–7562 (2012)CrossRef Y. Wang, X. Ai, D. Miller, P. Rice, T. Topuria, L. Krupp, A. Kellock, Q. Song, CrystEngComm 14, 7560–7562 (2012)CrossRef
32.
Zurück zum Zitat L. An, P. Zhou, J. Yin, H. Liu, F. Chen, H. Liu, Y. Du, P. Xi, Inorg. Chem. 54, 3281–3289 (2015)CrossRef L. An, P. Zhou, J. Yin, H. Liu, F. Chen, H. Liu, Y. Du, P. Xi, Inorg. Chem. 54, 3281–3289 (2015)CrossRef
33.
34.
Zurück zum Zitat L. Scudiero, H. Wei, H. Eilers, ACS Appl. Mater. Interfaces 1, 2721–2728 (2009)CrossRef L. Scudiero, H. Wei, H. Eilers, ACS Appl. Mater. Interfaces 1, 2721–2728 (2009)CrossRef
35.
36.
Zurück zum Zitat S. Xiong, B. Xi, K. Zhang, Y. Chen, J. Jiang, J. Hu, H.C. Zeng, Sci. Rep. 3, 2177 (2013)CrossRef S. Xiong, B. Xi, K. Zhang, Y. Chen, J. Jiang, J. Hu, H.C. Zeng, Sci. Rep. 3, 2177 (2013)CrossRef
37.
38.
Zurück zum Zitat M.S. León-Velázquez, R. Irizarry, M.E. Castro-Rosario, J. Phys. Chem. C 114, 5839–5849 (2010)CrossRef M.S. León-Velázquez, R. Irizarry, M.E. Castro-Rosario, J. Phys. Chem. C 114, 5839–5849 (2010)CrossRef
39.
Zurück zum Zitat F. Cheviré, F. Muñoz, C.F. Baker, F. Tessier, O. Larcher, S. Boujday, C. Colbeau-Justin, R. Marchand, J. Solid State Chem. 179, 3184–3190 (2006)CrossRef F. Cheviré, F. Muñoz, C.F. Baker, F. Tessier, O. Larcher, S. Boujday, C. Colbeau-Justin, R. Marchand, J. Solid State Chem. 179, 3184–3190 (2006)CrossRef
40.
Zurück zum Zitat X. He, Y. Wang, C.-Y. Gao, H. Jiang, L. Zhao, Chem. Sci. 6, 654–658 (2015)CrossRef X. He, Y. Wang, C.-Y. Gao, H. Jiang, L. Zhao, Chem. Sci. 6, 654–658 (2015)CrossRef
41.
Zurück zum Zitat G. Mondal, P. Bera, A. Santra, S. Jana, T.N. Mandal, A. Mondal, S.I. Seok, P. Bera, New J. Chem. 38, 4774–4782 (2014)CrossRef G. Mondal, P. Bera, A. Santra, S. Jana, T.N. Mandal, A. Mondal, S.I. Seok, P. Bera, New J. Chem. 38, 4774–4782 (2014)CrossRef
42.
Zurück zum Zitat T. Jafari, E. Moharreri, A.S. Amin, R. Miao, W. Song, S.L. Suib, Molecules 21, 900 (2016)CrossRef T. Jafari, E. Moharreri, A.S. Amin, R. Miao, W. Song, S.L. Suib, Molecules 21, 900 (2016)CrossRef
43.
Zurück zum Zitat J. Boeyens, J. du Toit, Electron. J. Theor. Chem. 2, 296–301 (1997)CrossRef J. Boeyens, J. du Toit, Electron. J. Theor. Chem. 2, 296–301 (1997)CrossRef
45.
Zurück zum Zitat M. Saranya, C. Santhosh, R. Ramachandran, A. Nirmala Grace, J. Nanotechnol. 2014 (2014) M. Saranya, C. Santhosh, R. Ramachandran, A. Nirmala Grace, J. Nanotechnol. 2014 (2014)
46.
Zurück zum Zitat L. Xiazhang, C. Feng, L. Xiaowang, N. Chaoying, C. Zhigang, J. Rare Earths 27, 943–947 (2009)CrossRef L. Xiazhang, C. Feng, L. Xiaowang, N. Chaoying, C. Zhigang, J. Rare Earths 27, 943–947 (2009)CrossRef
47.
Zurück zum Zitat Y.-L. Shi, M.-F. Shen, S.-D. Xu, X.-Y. Qiu, L. Jiang, Y.-H. Qiang, Q.-C. Zhuang, S.-G. Sun, Int. J. Electrochem. Sci. 6, 3399–3415 (2011) Y.-L. Shi, M.-F. Shen, S.-D. Xu, X.-Y. Qiu, L. Jiang, Y.-H. Qiang, Q.-C. Zhuang, S.-G. Sun, Int. J. Electrochem. Sci. 6, 3399–3415 (2011)
48.
Zurück zum Zitat G. Swain, S. Sultana, B. Naik, K. Parida, ACS Omega 2, 3745–3753 (2017)CrossRef G. Swain, S. Sultana, B. Naik, K. Parida, ACS Omega 2, 3745–3753 (2017)CrossRef
49.
Zurück zum Zitat P. Kar, S. Farsinezhad, X. Zhang, K. Shankar, Nanoscale 6, 14305–14318 (2014)CrossRef P. Kar, S. Farsinezhad, X. Zhang, K. Shankar, Nanoscale 6, 14305–14318 (2014)CrossRef
50.
Zurück zum Zitat X. Chen, F. Liu, X. Yan, Y. Yang, Q. Chen, J. Wan, L. Tian, Q. Xia, X. Chen, Chem. Eur. J. 21, 18711–18716 (2015)CrossRef X. Chen, F. Liu, X. Yan, Y. Yang, Q. Chen, J. Wan, L. Tian, Q. Xia, X. Chen, Chem. Eur. J. 21, 18711–18716 (2015)CrossRef
51.
Zurück zum Zitat S. Lagergren, Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens 24, 1–39 (1898) S. Lagergren, Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens 24, 1–39 (1898)
52.
Zurück zum Zitat S. Issarapanacheewin, K. Wetchakun, S. Phanichphant, W. Kangwansupamonkon, N. Wetchakun, Ceram. Int. 42, 16007–16016 (2016)CrossRef S. Issarapanacheewin, K. Wetchakun, S. Phanichphant, W. Kangwansupamonkon, N. Wetchakun, Ceram. Int. 42, 16007–16016 (2016)CrossRef
Metadaten
Titel
CeO2-based nanoheterostructures with p–n and n–n heterojunction arrangements for enhancing the solar-driven photodegradation of rhodamine 6G dye
verfasst von
Metwally Madkour
Ola G. Allam
Ahmed Abdel Nazeer
Mohamed O. Amin
Entesar Al-Hetlani
Publikationsdatum
09.05.2019
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 11/2019
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-019-01429-3

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