Preparation of CuO/BiVO4 Photocatalyst and Research on Carbon Dioxide Reduction

doi:10.7503/cjcu20220126

Abstract

Abstract:

The CuO/BiVO₄ heterojunction photocatalyst was constructed based on decahedral bismuth vanadate （BiVO₄） and copper oxide（CuO） nanoparticles. The morphology， structure and optoelectronic properties of the catalysts were analyzed by X-ray diffractometer（XRD）， X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）， scanning electron microscope（SEM）， ultraviolet-visible absorption spectroscopy（UV-Vis）， photocurrent response spectroscopy（I-t）， electrochemical impedance spectroscopy（EIS） and fluorescence emission spectroscopy（PL）. The results show that CuO nanoparticles are uniformly supported on the surface of BiVO₄， and the content of CuO can be adjusted by controlling the amount of copper source. The content of CuO has a great effect on the visible light absorption capacity and the separation efficiency of photogenerated carriers of the CuO/BiVO₄ heterojunction. The photocatalytic CO₂ reduction performance of CuO/BiVO₄ heterojunction under gas-solid reaction system was investigated. The results showed that the main products of photocatalytic reduction of CO₂ were CO and CH₄. With the increase of CuO content， the yield of CO decreased gradually， while the yield of CH₄ increased first and then decreased. The CO and CH₄ yields of the optimized catalyst CuO/BiVO₄ were 0.62 and 1.81 μmol·g^-1·h^-1， respectively， and the selectivity to CH₄ reached the maximum value（93%）. Band structure analysis and electron paramagnetic resonance（EPR） test results show that the transfer of photogenerated charges in CuO/BiVO₄ conforms to the Z-type transfer mechanism. The formation of the Z-type heterostructure promotes the separation of photogenerated electrons and holes and enhances the redox capacity of the catalytic system.

Key words: Photocatalyst, Carbon dioxide reduction, Z-type heterojunction, CH₄ selectivity

CLC Number:

O644

TrendMD:

SONG Yingying, HUANG Lin, LI Qingsen, CHEN Limiao. Preparation of CuO/BiVO₄ Photocatalyst and Research on Carbon Dioxide Reduction[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220126.

Figures/Tables 11

Table 1 Standard potential(Eθ) and the number of electrons transferred for CO2 reduction at 1.0×105 Pa and 25 ℃

Reaction	E^θ/V（vs. NHE）， pH=0	E^θ/V（vs. NHE）， pH=7	n
2H⁺+2e^-→H₂	0	-0.41	2
2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-	1.23	0.82	4
CO₂+e^-→ $C O 2 · -$	-1.49	-1.90	1
CO₂+2H⁺+2e^-→HCOOH	-0.19	-0.61	2
CO₂+2H⁺+2e^-→CO+H₂O	-0.1	-0.53	2
CO₂+6H⁺+6e^-→CH₃OH+H₂O	-0.03	-0.38	6
CO₂+4H⁺+4e^-→C+H₂O	0.21	-0.2	4
CO₂+8H⁺+8e^-→CH₄+H₂O	0.17	-0.24	8
O₂+e^-→O₂^-	0.27	-0.137	1

Table 1 Standard potential(Eθ) and the number of electrons transferred for CO2 reduction at 1.0×105 Pa and 25 ℃

Reaction	E^θ/V（vs. NHE）， pH=0	E^θ/V（vs. NHE）， pH=7	n
2H⁺+2e^-→H₂	0	-0.41	2
2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-	1.23	0.82	4
CO₂+e^-→ $C O 2 · -$	-1.49	-1.90	1
CO₂+2H⁺+2e^-→HCOOH	-0.19	-0.61	2
CO₂+2H⁺+2e^-→CO+H₂O	-0.1	-0.53	2
CO₂+6H⁺+6e^-→CH₃OH+H₂O	-0.03	-0.38	6
CO₂+4H⁺+4e^-→C+H₂O	0.21	-0.2	4
CO₂+8H⁺+8e^-→CH₄+H₂O	0.17	-0.24	8
O₂+e^-→O₂^-	0.27	-0.137	1

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