Высокая фотокаталитическая эффективность композита PSII–восстановленный оксид графена в отношении деградации метилового оранжевого

Получен нанокомпозитный фотокатализатор на основе оксида графена и прекурсора — фотосистемы II (PSII–rGO). Димеры PSII равномерно распределены на слоях восстановленного оксида графена (rGO). Сохраненные кислородные функциональные группы на плоскостях rGO играют важную роль в закреплении димеров PSII. Образцы охарактеризованы с помощью рентгеновской дифракции (XRD), КР-спектроскопии, УФ-видимой спектроскопии и фотолюминесценции. Дополнительно исследована фотокаталитическая активность композита PSII–rGO в отношении фотодеградации метилового оранжевого (МО). Приготовленный фотокатализатор PSII–rGO продемонстрировал высокую поглощательную способность по отношению к МО и эффективные свойства разделения зарядов. Эффективность композита PSII–rGO (61%) в отношении деградации MO значительно выше по сравнению с чистым PSII (25%), имеет место 36%-ное увеличение в течение 5 ч при видимом свете. Предложен соответствующий механизм этого усиления. После получения фотоэлектронов от PSII плоскость rGO эффективно передавала их загрязняющим веществам, достигая высокой эффективности фотокаталитической деградации. Введение rGO улучшает фотокаталитические и сенсорные свойства PSII, способствуя быстрому разделению электронов/зарядов. 

1. C. Lamnatou, D. Chemisana, Renew. Sust. Energ. Rev., 78, 916–932 (2017).

2. P. Koli, J. Appl. Spectrosc., 89, 525–533 (2022).

3. H. Wang, Y. Xia, X. Wang, Y, Han, X. Jiao, D. Chen, ACS Appl. Mater. Interfaces, 11, 33062–33073 (2019).

4. A. Fernάndez-Pérez, G. Marbάn, J. Appl. Spectrosc., 88, 1284–1290 (2022).

5. C. B. Xu, J. J. He, Y. Wang, Z. Xu, X. P. Ma, X. L. Meng, J. Appl. Spectrosc., 87, 958–964 (2020).

6. D. O. Sagdeev, R. R. Shamilov, Y. G. Galyametdinov, J. Appl. Spectrosc., 88, 539–545 (2021)

7. P. B. Rathod, S. A. Waghuley, J. Appl. Spectrosc., 83, 586–591 (2016).

8. N. M. Denisov, E. B. Chubenko, T. A. Shevtsova, V. P. Bondarenko, V. E. Borisenko, J. Appl. Spectrosc., 85, 422–427 (2018)

9. P. Cai, X. Feng, J. Fei, G. Li, J. Li, J. Huang, J. Li, Nanoscale, 7, 10908 (2015).

10. M. Xuan, J. Li, Natl. Sci. Rev., 8, nwab051 (2021).

11. S. Y. Chen, Y. Y. Lu, F. Y. Shih, P. H. Ho, Y. F. Chen, C. W. Chen, Y. T. Chen, W. H. Wang, Carbon, 63, 23–29 (2013).

12. H. J. Shin, K. K. Kim, A. Benayad, S. M. Yoon, H. K. Park, I. S. Jung, M. H. Jin, H. K. Jeong, J. M. Kim, J. Y. Choi, Y. H. Lee, Adv. Funct. Mater., 19, 1987–1992 (2009).

13. C. Nethravathi, M. Rajamathi, Carbon, 46, 1994 (2008).

14. A. A. Gokhale, J. Lu, I. Lee, J. Mol. Catal. B – Enzym., 90, 76–86 (2013).

15. L. Ci, Z. Xu, L. Wang, W. Gao, F. Ding, K. F. Kelly, B. I. Yakobson, P. M. Ajayan, Nano Res., 1, 116–122 (2008).

16. E. Istif, J. Hernández-Ferrer, E. P. Urriolabeitia, A. Stergiou, N. Tagmatarchis, G. Fratta, M. J. Large, A. B. Dalton, A. M. Benito, W. K. Maser, Adv. Func. Mater., 28, 1707548 (2018).

17. Wang Y, Li S, L. Liu, F. T. Lv, S. Wang, Angew. Chem. Int. Ed., 56, 5308–5311 (2017).

18. H. Yu, B. Zhang, C. Bulin, R. Li, R. Xing, Sci. Rep., 6, 36143 (2016).

19. X. Jiang, J. Wang, J. Guo, M. Liu, Y. Fang, Arab. J. Sci. Eng., 48, 8387–8399 (2023).

20. W. Tian, H. Zhang, J. Sibbons, H. Sun, H. Wang, S. Wang, Adv. Energy Mater., 11, 2100911 (2021).

21. S. Pei, H. Cheng, Carbon, 50, 3210–3228 (2012).

22. H. Saleem, M. Haneef, H. Y. Abbasi, Mater. Chem. Phys., 204, 1–7 (2018).

23. A. C. Ferrari, J. Robertson, J. Phys. Rev. B, 61, 14095–14107 (2000).

24. M. S. Tivanov, E. A. Kolesov, O. V. Korolik, A. M. Saad, N. G. Kovalchuk, I. V. Komissarov, =V. A. Labunov, M. Opielak, P. Zukowski, T. N. Koltunowicz., J. Appl. Spectrosc., 84, 979–985 (2018).

25. Z. Y. Lin, Y. G. Yao, Z. Li, Y. Liu, Z. Li, C. P. Wong, J. Phys. Chem. C, 114, 14819 (2010).

26. A. Jorio, E. H. Martins Ferreira, M. V. O. Moutinho, F. Stavale, C. A. Achete, R. B. Capaz, Phys. Status Solidi (b), 247, 2980–2982 (2010).

27. C. L. Zhou, J. R. Diers, D. F. Bocian, J. Phys. Chem. B, 101, 9635–9644 (1997).

28. E. Casero, A. M. Parra-Alfambra, M. D. Petit-Domínguez, F. Pariente, E. Lorenzo, C. Alonso, Electrochem. Commun., 20, 63–66 (2012).

29. M. Coros, C. Varodi, F. Pogacean, E. Gal, S. M. Pruneanu, Sensors, 20, 1815 (2020).

30. J. Fang, H. Fan, Y. Ma, Z. Wang, Q. Chang, Appl. Surf. Sci., 332, 47–54 (2015).

31. M. Yadav, A. Yadav, R. Fernandes, Y. Popat, M. Orlandi, A. Dashora, D. C. Kothari, A. Miotello, B. L. Ahuja, N. Patel, J. Environ. Manage., 203, 364–374 (2017).

32. R. Fatima, J. O. Kim, Appl. Surf. Sci., 541, 148503 (2021).

33. H. Ishii, K. Sugiyama, E. Ito, K. Seki, Adv. Mater., 11, 605–625 (2009).

34. D. Pan, J. Jiao, Z. Li, Y. Guo, C. Feng, Y. Liu, L. Wang, M. Wu, ACS Sustain. Chem. Eng., 3, 2405–2413 (2015).