Convenient synthesis of twin-Christmas tree-like PbWO₄ microcrystals and their photocatalytic properties

Abstract

Novel twin-Christmas tree-like PbWO₄ microcrystals have been prepared via a convenient aqueous solution route at room temperature under the assistance of β-cyclodextrin (β-CD). The product was characterized by XRD, EDX, SEM, TEM, UV-vis and PL and BET techniques. It was found that β-CD plays an important role in the forming of twin-Christmas tree-like PbWO₄ microcrystals. A five-step growth mechanism was proposed to explain the formation of such twin-Christmas tree-like structures. The photocatalytic performance of PbWO₄ microcrystals was evaluated by measuring the decomposition rate of methylene blue (MB) and malachite green (MG) solution under the UV irradiation, and the photocatalytic results indicated that as-prepared PbWO₄ microcrystals exhibit good and versatile photocatalytic activity as well as excellent recyclability.

Keywords

PbWO₄ / twin-Christmas tree-like / growth mechanism / UV irradiation / photocatalyst

References

[1] Tian P, Zhang Y, Senevirathne K, . Diverse structural and magnetic properties of differently prepared MnAs nanoparticles. ACS Nano, 2011, 5(4): 2970–2978

[2] Mak A C, Yu C L, Yu J C, . A lamellar ceria structure with encapsulated platinum nanoparticles. Nano Research, 2008, 1(6): 474–482

[3] Sun Y, Xia Y. Shape-controlled synthesis of gold and silver nanoparticles. Science, 2002, 298(5601): 2176–2179

[4] Tang H, Chang S F, Jiang L Y, . Novel spindle-shaped nanoporous TiO₂  coupled graphitic g-C₃N₄  nanosheets with enhanced visible-light photocatalytic activity. Ceramics International, 2016, 42(16): 18443–18452 

[5] Yang X, Chen Z, Xu J, . Tuning the morphology of g-C₃N₄ for improvement of Z-scheme photocatalytic water oxidation. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(28): 15285–15293

[6] Barth J V, Costantini G, Kern K. Engineering atomic and molecular nanostructures at surfaces. Nature, 2005, 437(7059): 671–679

[7] Cerný P, Jelinkova H, Zverev P G, . Solid state lasers with Raman frequency conversion. Progress in Quantum Electronics, 2004, 28(2): 113–143

[8] Angloher G, Bruckmayer M, Bucci C, . Limits on WIMP dark matter using sapphire cryogenic detectors. Astroparticle Physics, 2002, 18(1): 43–55

[9] Sundaram R, Nagaraja K S. Electrical and humidity sensing properties of lead(II) tungstate–tungsten(VI) oxide and zinc(II) tungstate–tungsten(VI) oxide composites. Materials Research Bulletin, 2004, 39(4–5): 581–590

[10] Faure N, Borel C, Couchaud M, . Optical properties and laser performance of neodymium doped scheelites CaWO₄ and NaGd(WO₄)₂. Applied Physics B: Lasers and Optics, 1996, 63(6): 593–598

[11] Arora S K, Chudasama B. Flux growth and optoelectronic study of PbWO₄ single crystals. Crystal Growth & Design, 2007, 7(2): 296–299

[12] Neiman Y, Guseva A F, Sharafutdinov A R. Origin of potential difference selfgenerated by reaction and transport processes. Solid State Ionics, 1997, 101–103: 367–372

[13] Zeng H C. Rectangular vacancy island formation and self-depletion in Czochralski-grown PbMoO₄ single crystal during heat treatment. Journal of Crystal Growth, 1996, 160(1–2): 119–128

[14] Yu C L, Cao F F, Li X, . Hydrothermal synthesis and characterization of novel PbWO₄ microspheres with hierarchical nanostructures and enhanced photocatalytic performance in dye degradation. Chemical Engineering Journal, 2013, 219: 86–95

[15] Tang H, Li C S, Song H, . Controllable synthesis, characterization and growth mechanism of three-dimensional hierarchical PbWO₄ microstructures. CrystEngComm, 2011, 13(16): 5119–5124

[16] Wang G Z, Hao C C. Fast synthesis and morphology control of lead tungstate microcrystals via a microwave-assisted method. Materials Research Bulletin, 2009, 44(2): 418–421

[17] Wang Y G, Yang L L, Wang Y J, . Controlled synthesis of PbWO₄ dendrites by a simple sonochemical method. Journal of Alloys and Compounds, 2013, 554: 86–88

[18] Fu H B, Pan C S, Zhang L W, . Synthesis, characterization and photocatalytic properties of nanosized Bi₂WO₆, PbWO₄ and ZnWO₄ catalysts. Materials Research Bulletin, 2007, 42(4): 696–706

[19] Zhang Q, Yao W T, Chen X Y, . Nearly monodisperse tungstate MWO₄ microspheres (M= Pb, Ca): surfactant-assisted solution synthesis and optical properties. Crystal Growth & Design, 2007, 7(8): 1423–1431

[20] Crane M, Frost R L, Williams P A, . Raman spectroscopy of the molybdate minerals chillagite (tungsteinian wulfenite-I4), stolzite, scheelite, wolframite and wulfenite. Journal of Raman Spectroscopy, 2002, 33(1): 62–66

[21] Frost R L, Duong L, Weier M. Raman microscopy of selected tungstate minerals. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2004, 60(8–9): 1853–1859

[22] Bastians S, Crump G, Griffith W P, . Raspite and studtite: Raman spectra of two unique minerals. Journal of Raman Spectroscopy, 2004, 35(8–9): 726–731

[23] Jin R C, Chen G, Pei J, . Facile solvothermal synthesis and growth mechanism of flower-like PbTe dendrites assisted by cyclodextrin. CrystEngComm, 2012, 14(6): 2327–2332

[24] Li Q, Yam V W W. High-yield synthesis of selenium nanowires in water at room temperature. Chemical Communications, 2006, 9(9): 1006–1008

[25] Bonini M, Rossi S, Karlsson G, . Self-assembly of β-cyclodextrin in water. Part 1: Cryo-TEM and dynamic and static light scattering. Langmuir, 2006, 22(4): 1478–1484

[26] Penn R L, Banfield J F. Imperfect oriented attachment: dislocation generation in defect-free nanocrystals. Science, 1998, 281(5379): 969–971

[27] Banfield J F, Welch S A, Zhang H, . Aggregation-based crystal growth and microstructure development in natural iron oxyhydroxide biomineralization products. Science, 2000, 289(5480): 751–754

[28] Li Q, Shao M W, Yu G H, . A solvent-reduction approach to tetrapod-like copper(I) chloride crystallites. Journal of Materials Chemistry, 2003, 13(2): 424–427

[29] Fu H B, Pan V S, Zhang L W, . Synthesis, characterization and photocatalytic properties of nanosized Bi₂WO₆, PbWO₄ and ZnWO₄ catalysts. Materials Research Bulletin, 2007, 42(4): 696–706

[30] Yu J G, Yu J C, Ho W K, . Effects of calcination temperature on the photocatalytic activity and photo-induced super-hydrophilicity of mesoporous TiO₂ thin films. New Journal of Chemistry, 2002, 26(5): 607–613

[31] Thongtem T, Phuruangrat A, Thongtem S. Preparation and characterization of nanocrystalline SrWO₄ using cyclic microwave radiation. Current Applied Physics, 2008, 8(2): 189–197

[32] Zhang H, Fan X, Quan X, . Graphene sheets grafted Ag@AgCl hybrid with enhanced plasmonic photocatalytic activity under visible light. Environmental Science & Technology, 2011, 45(13): 5731–5736

[33] Feng X, Guo H, Patel K, . High performance, recoverable Fe₃O₄–ZnO nanoparticles for enhanced photocatalytic degradation of phenol. Chemical Engineering Journal, 2014, 244: 327–334

Acknowledgements

This work was supported by the Chongqing Science & Technology Commission, China (Grant Nos. CSTC2015JCYJBX0126 and CSTC2016SHMSZX20001), the Key Laboratory of Analysis & Detection for Food Safety (Fuzhou University), Ministry of Education (Project No. FS-1402), the Foundation of Chongqing Municipal Education Commission (KJ1711292), and the Scientific Research Project of Chongqing University of Arts and Sciences (Project No. Y2015XC28).

RIGHTS & PERMISSIONS

2017 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg