层状半导体氧化物Li2MnO3制备及光催化降解2，4-DCP研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0623

摘要/Abstract

摘要：

通过固相合成法制备了层状Li₂MnO₃，并将其应用于光催化降解水中的2，4-二氯苯酚（2，4-DCP）。利用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征了光催化剂的形貌与结构，利用紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和电化学阻抗谱（EIS）分析了光催化剂的光学和电化学性质。研究发现，在900 ℃烧结温度下合成的Li₂MnO₃样品（LMO-900）展现出优异的光催化性能，30 min内对2，4-DCP的降解率约为87%。紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和莫特肖特基曲线（Mott-Schottky）表明，Li₂MnO₃的带隙为2.07 eV，价带电位为1.68 V（vs.NHE），导带电位为-0.39 V（vs.NHE），表明其具有良好的光生电子与空穴还原氧化能力。电化学阻抗谱（EIS）揭示了烧结温度对载流子分离效率的影响，其中LMO-900具有最高的载流子分离效率。自由基捕获实验表明，空穴（h⁺）和超氧阴离子自由基（∙O₂^-）是Li₂MnO₃光催化降解2，4-DCP过程中的主要活性物种。电子结构计算分析表明，Mn—O键是光催化活性中心的关键，对2，4-DCP的降解起着决定性作用。

关键词: 层状氧化物, Li₂MnO₃, 光催化, 2，4-二氯苯酚

Abstract:

In this study，layered Li₂MnO₃ was prepared by solid-phase synthesis and applied to the photocatalytic degradation of 2，4-dichlorophenol（2，4-DCP） in water.The morphology and structure of the photocatalysts were characterized using XRD，TEM and FT-IR，and the optical and electrochemical properties were characterized through UV-Vis DRS and EIS.It was found that the Li₂MnO₃（LMO-900） obtained at a sintering temperature of 900 ℃ exhibited excellent photocatalytic performance，with a degradation efficiency of 2，4-DCP as high as 87% within 30 min.The results of ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy（UV-Vis DRS） and Mott-Schottky curves showed that the band gap of Li₂MnO₃ was 2.07 eV，the valence band potential was 1.68 V（vs.NHE） and the conduction band potential was -0.39 V（vs.NHE），indicating that it had good photogenerated electron and hole redox capabilities.Electrochemical impedance spectroscopy tests revealed the effect of sintering temperature on carrier separation efficiency，among which LMO-900 had the highest carrier separation efficiency.Radical trapping experiments showed that holes（h⁺） and superoxide anion radicals（∙O₂^-） were the main active species in the process of Li₂MnO₃ photocatalytic degradation of 2，4-DCP.Electronic structure calculation and analysis showed that the Mn-O bond was the key to the photocatalytic activity centre and played a decisive role in the degradation of 2，4-DCP.

Key words: layered oxides, Li₂MnO₃, Photocatalysis, 2，4-dichlorophenol

中图分类号:

O643.36

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催化剂	降解率/%	降解时间/min	催化剂用量/mg	污染物质量浓度/（mg·L^-1）	灯源
Li₂MnO₃	87	30	50	15（2，4-DCP）	500 W汞灯
Li₂MnO₃/Co₃O₄^［16］	100	120	200	20（四环素）	300 W氙灯
Li₂MnO₃@ZrO₂^［18］	100	60	100	50（阿特拉津）	300 W氙灯
Li₂SnO₃^［25］	69	12	50	10（2，4-DCP）	500 W汞灯
BiFeO₃^［26］	28	60	100	20（2，4-DCP）	300 W氙灯
CoTiO₃^［27］	46	120	30	10（2，4-DCP）	500 W氙灯
BiOBr^［28］	25	90	200	10（2，4-DCP）	150 W氙灯
In₂O₃^［29］	65	100	25	50（2，4-DCP）	300 W氙灯

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层状半导体氧化物Li₂MnO₃制备及光催化降解2，4-DCP研究

Study on preparation of layered semiconductor oxide Li₂MnO₃ and photocatalytic degradation of 2，4-DCP

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