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水热微波合成用于光电催化还原 Cr(VI)的 Co3O4/In2O3 纳米结构

该研究发表于 ACS Applied Nano Materials（2022），使用 XH-800S 开展 微波水热合成、Co3O4/In2O3 异质结 研究，关键结果包括比表面积 32.72 m2/g；单独电催化效率 47.33%；还原效率 95.08%。

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论文编号 495
应用方向 微波水热合成、Co3O4/In2O3 异质结、光电催化、Cr(VI) 还原、重金属废水治理
关键结果 比表面积 32.72 m2/g
核心条件 温度 550 ℃ / 60 ℃
论文编号
495
期刊
ACS Applied Nano Materials
影响因子
6.1395
中科院分区
1 区
发表年份
2022
DOI
10.1021/acsanm.2c00107
设备型号
XH-800S
作者单位
山东科技大学；山东科技大学化学与生物工程学院；美国田纳西大学诺克斯维尔分校化学与生物分子工程系集成复合材料实验室
Shandong University of Science and Technology; College of Chemical and Biological Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China; Integrated Composites Laboratory, Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of Tennessee, Knoxville, Tennessee 37996, United States
研究方向
微波水热合成 Co3O4/In2O3 异质结 光电催化 Cr(VI) 还原 重金属废水治理

事实快照

  • 论文：水热微波合成用于光电催化还原 Cr(VI)的 Co3O4/In2O3 纳米结构
  • 设备：XH-800S
  • 期刊与分区：ACS Applied Nano Materials，中科院 1 区
  • 核心条件：温度 550 ℃ / 60 ℃；时间 15 min
  • 关键结果：比表面积 32.72 m2/g；单独电催化效率 47.33%；还原效率 95.08%
  • 用途：可作为 微波水热合成、Co3O4/In2O3 异质结 的论文证据页。

研究摘要

作者采用微波水热法制备 Co3O4/In2O3 纳米复合材料，并将其直接用作 Cr(VI) 光电催化还原的光阳极。结果表明，所制得复合物呈由纳米颗粒组成的棒状结构，Co3O4 与 In2O3 形成的 p-n 异质结能够显著促进光生载流子的分离与迁移。在 0.7 V 偏压和可见光照条件下，最佳样品 CI-5%-400 在 120 min 内实现 Cr(VI) 100% 还原，且循环 5 次后仍具有较高催化活性。机理研究进一步表明，光生电子是主导 Cr(VI) 还原的关键活性物种。

研究背景与解决的问题

作者采用微波水热法制备 Co3O4/In2O3 纳米复合材料，并将其直接用作 Cr(VI) 光电催化还原的光阳极。

设备应用与实验条件

项目参数
温度550 ℃ / 60 ℃
时间15 min

关键结果

比表面积 32.72 m2/g
单独电催化效率 47.33%
还原效率 95.08%
孔容 0.09 cm3/g
指标结果
比表面积32.72 m2/g
单独电催化效率47.33%
还原效率95.08%
孔容0.09 cm3/g

机制/方法亮点

  • Co3O4 与 In2O3 构成 p-n heterojunction，形成内建电场，推动电子和空穴定向迁移。
  • Mott-Schottky 结果表明，In2O3 为 n-type、Co3O4 为 p-type，复合样品呈明显 V-shape，证明异质结确实建立。
  • 捕获实验中，加入 AgNO3 后 Cr(VI) 还原速率显著下降，而加入 BQ、IPA、EDTA-2Na 影响不大，说明光生电子是主导活性物种。
  • 在可见光照射下，电子从 Co3O4 导带迁移到 In2O3 导带，再参与 Cr2O7^2- 还原
  • 空穴则迁移到 Co3O4 价带并氧化水生成 O2。

应用价值

  • 利用 XH-800S 在较短时间内完成 Co3O4/In2O3 前驱体制备，体现了微波水热法在半导体异质结开发中的效率优势。
  • 通过“配比 + 煅烧温度”双变量筛选，快速锁定最佳样品 CI-5%-400。
  • 在 10 mg/L、100 mL 的 Cr(VI) 体系中，用 0.7 V 偏压和可见光协同实现 120 min 100% 还原。
  • 通过循环实验、捕获实验和能带分析，把性能来源解释得比较清楚，证据链完整。

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XH-800SE 微波水热合成仪
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常见问题

这篇论文使用了哪种设备？
本研究使用 XH-800S。
研究的核心发现是什么？
该研究发表于 ACS Applied Nano Materials（2022），使用 XH-800S 开展 微波水热合成、Co3O4/In2O3 异质结 研究，关键结果包括比表面积 32.72 m2/g；单独电催化效率 47.33%；还原效率 95.08%。
该研究发表在哪个期刊？
发表于 ACS Applied Nano Materials，中科院 1 区。
引用信息
Hydrothermal Microwave Synthesis of Co3O4/In2O3 Nanostructures for Photoelectrocatalytic Reduction of Cr(VI)
ACS Applied Nano Materials, 2022
DOI: 10.1021/acsanm.2c00107