Towards a higher photostability of ZnO photo-electrocatalysts in the degradation of organics by using MMO substrates

In this work, it is proposed a novel strategy to increase the photostability of the ZnO photoelectrocatalyst under prolonged light irradiation, without the addition or deposition of metals and/or semiconductor oxides during their synthesis. This strategy is based on the use of a mixed metal oxide (M...

Full description

Bibliographic Details
Authors: Goulart, Lorena Athie, Santos, Géssica De Oliveira Santiago, Eguiluz, Katlin, Salazar-Banda, GR, Lanza, Marcos Roberto de Vasconcelos, Sáez Jiménez, Cristina, Rodrigo Rodrigo, Manuel Andrés
Format: article
Publication Date:2021
Country:España
Institution:Universidad de Castilla-La Mancha
Repository:RUIdeRA. Repositorio Institucional de la UCLM
OAI Identifier:oai:ruidera.uclm.es:10578/29183
Online Access:http://hdl.handle.net/10578/29183
Access Level:Open access
Keyword:Ingeniería Química
Electrodeposición
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description In this work, it is proposed a novel strategy to increase the photostability of the ZnO photoelectrocatalyst under prolonged light irradiation, without the addition or deposition of metals and/or semiconductor oxides during their synthesis. This strategy is based on the use of a mixed metal oxide (MMO-Ru0.3Ti0.7O2) coating as the substrate for the electrodeposition of ZnO. To assess it, the electrodeposition of ZnO films on Ti and Ti/MMO substrates and the photoelectrocatalytic activity of these materials for the degradation of the herbicide clopyralid were studied. The results showed that the substrate directly influenced the photo-stability of the ZnO film. Under the incidence of UV light and polarization, the novel Ti/MMO/ZnO electrode showed greater photocurrent stability as compared to Ti/ZnO, which is a very important outcome because the behavior of these electrodes was similar when compared in terms of the degradation of clopyralid. Single electrolysis was not able to degrade efficiently clopyralid at the different potentials studied. However, the irradiation of UV light on the polarized surface of the Ti/ZnO and Ti/MMO/ZnO electrodes increased markedly the degradation rate of clopyralid. A synergistic effect was observed between light and electrode polarization, since the rate of degradation of clopyralid was twice as high in photoelectrocatalysis (PhEC) than in photocatalysis (PhC) and different intermediates were formed. From these results, mechanisms of degradation of clopyralid for the PhC and PhEC systems with the Ti/ZnO and Ti/MMO/ZnO electrodes were presented. Therefore, the Ti/MMO/ZnO electrode could be a cheap and simple alternative to be applied in the efficient photodegradation of organic pollutants, presenting the great advantage of having a facile synthesis and high capacity to work at relatively low potentials.
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The results showed that the substrate directly influenced the photo-stability of the ZnO film. Under the incidence of UV light and polarization, the novel Ti/MMO/ZnO electrode showed greater photocurrent stability as compared to Ti/ZnO, which is a very important outcome because the behavior of these electrodes was similar when compared in terms of the degradation of clopyralid. Single electrolysis was not able to degrade efficiently clopyralid at the different potentials studied. However, the irradiation of UV light on the polarized surface of the Ti/ZnO and Ti/MMO/ZnO electrodes increased markedly the degradation rate of clopyralid. A synergistic effect was observed between light and electrode polarization, since the rate of degradation of clopyralid was twice as high in photoelectrocatalysis (PhEC) than in photocatalysis (PhC) and different intermediates were formed. From these results, mechanisms of degradation of clopyralid for the PhC and PhEC systems with the Ti/ZnO and Ti/MMO/ZnO electrodes were presented. Therefore, the Ti/MMO/ZnO electrode could be a cheap and simple alternative to be applied in the efficient photodegradation of organic pollutants, presenting the great advantage of having a facile synthesis and high capacity to work at relatively low potentials.En este trabajo se propone una estrategia novedosa para incrementar la fotoestabilidad del fotoelectrocatalizador de ZnO bajo irradiación de luz prolongada, sin la adición o deposición de metales y / o óxidos semiconductores durante su síntesis. Esta estrategia se basa en el uso de un óxido de metal mixto (MMO-Ru 0.3 Ti 0.7 O 2) revestimiento como sustrato para la electrodeposición de ZnO. Para evaluarlo se estudió la electrodeposición de películas de ZnO sobre sustratos de Ti y Ti / MMO y la actividad fotoelectrocatalítica de estos materiales para la degradación del herbicida clopyralid. Los resultados mostraron que el sustrato influyó directamente en la fotoestabilidad de la película de ZnO. Bajo la incidencia de la luz ultravioleta y la polarización, el nuevo electrodo de Ti / MMO / ZnO mostró una mayor estabilidad de fotocorriente en comparación con Ti / ZnO, lo cual es un resultado muy importante porque el comportamiento de estos electrodos fue similar en términos de degradación de clopyralid. La electrólisis simple no fue capaz de degradar eficazmente la clopiralida a los diferentes potenciales estudiados. Sin embargo, la irradiación de luz ultravioleta sobre la superficie polarizada de los electrodos de Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO aumentó notablemente la tasa de degradación del clopiralida. Se observó un efecto sinérgico entre la luz y la polarización del electrodo, ya que la tasa de degradación de clopiralida fue dos veces mayor en fotoelectrocatálisis (PhEC) que en fotocatálisis (PhC) y se formaron diferentes intermedios. A partir de estos resultados, se presentaron los mecanismos de degradación de clopiralida para los sistemas PhC y PhEC con los electrodos Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO. Por tanto, el electrodo Ti / MMO / ZnO podría ser una alternativa barata y sencilla para ser aplicada en la fotodegradación eficiente de contaminantes orgánicos, presentando la gran ventaja de tener una síntesis fácil y alta capacidad para trabajar a potenciales relativamente bajos. Se observó un efecto sinérgico entre la luz y la polarización del electrodo, ya que la tasa de degradación de clopiralida fue dos veces mayor en fotoelectrocatálisis (PhEC) que en fotocatálisis (PhC) y se formaron diferentes intermedios. A partir de estos resultados, se presentaron los mecanismos de degradación de clopiralida para los sistemas PhC y PhEC con los electrodos Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO. Por tanto, el electrodo Ti / MMO / ZnO podría ser una alternativa barata y sencilla para ser aplicada en la fotodegradación eficiente de contaminantes orgánicos, presentando la gran ventaja de tener una síntesis fácil y alta capacidad para trabajar a potenciales relativamente bajos. Se observó un efecto sinérgico entre la luz y la polarización del electrodo, ya que la tasa de degradación de clopiralida fue dos veces mayor en fotoelectrocatálisis (PhEC) que en fotocatálisis (PhC) y se formaron diferentes intermedios. A partir de estos resultados, se presentaron los mecanismos de degradación de clopiralida para los sistemas PhC y PhEC con los electrodos Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO. Por tanto, el electrodo Ti / MMO / ZnO podría ser una alternativa barata y sencilla para ser aplicada en la fotodegradación eficiente de contaminantes orgánicos, presentando la gran ventaja de tener una síntesis fácil y alta capacidad para trabajar a potenciales relativamente bajos. dado que la tasa de degradación de clopiralida fue dos veces más alta en fotoelectrocatálisis (PhEC) que en fotocatálisis (PhC) y se formaron diferentes intermedios. A partir de estos resultados, se presentaron los mecanismos de degradación de clopiralida para los sistemas PhC y PhEC con los electrodos Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO. Por tanto, el electrodo Ti / MMO / ZnO podría ser una alternativa barata y sencilla para ser aplicada en la fotodegradación eficiente de contaminantes orgánicos, presentando la gran ventaja de tener una síntesis fácil y alta capacidad para trabajar a potenciales relativamente bajos. dado que la tasa de degradación de clopiralida fue dos veces más alta en fotoelectrocatálisis (PhEC) que en fotocatálisis (PhC) y se formaron diferentes intermedios. A partir de estos resultados, se presentaron los mecanismos de degradación de clopiralida para los sistemas PhC y PhEC con los electrodos Ti / ZnO y Ti / MMO / ZnO. Por tanto, el electrodo Ti / MMO / ZnO podría ser una alternativa barata y sencilla para ser aplicada en la fotodegradación eficiente de contaminantes orgánicos, presentando la gran ventaja de tener una síntesis fácil y alta capacidad para trabajar a potenciales relativamente bajos.Elsevier202120212021info:eu-repo/semantics/articleapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10578/29183reponame:RUIdeRA. Repositorio Institucional de la UCLMinstname:Universidad de Castilla-La ManchaInglésinfo:eu-repo/semantics/openAccessoai:ruidera.uclm.es:10578/291832026-05-27T07:36:41Z
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