常春團隊Sep Purif Technol：水熱-溶劑熱法制備間接Z型異質結催化劑（BiOI/Bi/Bi2WO6）及其光催化性能研究

材料人編輯小單 1年前 (2022-06-21) 1401瀏覽

01 導讀

隨著能源短缺和環境污染問題的日益嚴重，開發和利用可再生能源以解決其對人類生存的影響和限制顯得尤為重要。太陽能作為一種天然的、取之不盡的能源，引起了研究人員的極大關注。雙酚A（BPA）作為一種典型的環境內分泌干擾化合物廣泛存在于水體中。即使在非常低的濃度下，BPA 也會導致人體內分泌系統紊亂，從而導致生殖損傷、發育不良、癌癥和其他疾病。傳統的BPA處理方法如吸附法、生物法、氧化技術等，仍存在成本高、效率低、二次污染等問題。目前，基于半導體的光催化技術由于效率高、成本低、對太陽能的有效利用、無危險廢物而受到廣泛關注。

02 成果掠影

近日，常春團隊在Separation and Purification Technology期刊發表了題為“Glycol assisted splitting BiOIO3?into plasmonic bismuth coupled with BiOI?co-modified Bi2WO6?(BiOI/Bi/Bi2WO6) to form indirect?Z-scheme?heterojunction for efficient photocatalytic degradation of BPA”的最新研究成果。該工作采用水熱-溶劑熱法構建了間接Z型三元異質結光催化劑（BiOI/Bi/Bi2WO6）以提高光催化性能。結果表明，在模擬太陽光下，BiOIO3與Bi2WO6摩爾比為 2:1 的 BIOBWO-21光催化劑對BPA的降解表現出顯著的光催化活性。反應速率常數k值為32.4×10-4，是Bi2WO6的10倍，BiOIO3的54倍。BPA降解中光催化效果增強的主要原因是BiOIO3在乙二醇中裂解產生的等離子體鉍（Bi）和BiOI共同修飾Bi2WO6，構建了間接Z型三元異質結構。這些導致可見光吸收的增加和光生電子-空穴的快速分離。基于活性物種捕獲、電子自旋共振測試和能帶結構分析，提出了一種可能的間接Z型異質結反應機理。

03 亮點

  1. 通過乙二醇輔助將BiOIO3分解為具有等離子體共振效應的Bi 和 BiOI，共同改性Bi2WO6以形成間接Z型異質結BiOI/Bi/Bi2WO6。

  2. 在模擬太陽光下，BiOI/Bi/Bi2WO6異質結光催化劑對 BPA 的光降解效率遠高于純Bi2WO6和純BiOIO3。

  3. 根據測試和表征結果證實超氧自由基是反應過程中的主要活性物種，并進一步探討了BiOI/Bi/Bi2WO6三元異質結可能的反應機理和載流子轉移機理。

04 圖文解讀

圖1. 不同光催化劑的 XRD 譜圖（?: Bi2WO6, ?: BiOIO3, ?: BiOI, ?: Bi）

圖2.（a-f）Bi2WO6，BIOBWO-12，BIOBWO-11，BIOBWO-21，BIOBWO-51和BiOIO3 的SEM圖像；（g-j）BIOBWO-21 測量光譜Bi，O，W和I的元素映射圖像

圖3.（a，b）BIOBWO-21的TEM圖像；（c）BIOBWO-21的HRTEM圖像；（d）BIOBWO-21的選區電子衍射

圖4.?Bi2WO6，BIOBWO-21和BiOIO3的（a）Bi 4f；（b）O 1s；（c）Bi2WO6，BIOBWO-21的?W 4f和 (d) BIOBWO-21，BiOIO3的?I 3d的XPS 光譜

圖5.（a）BPA吸附；（b）BPA光催化降解；（c）降解動力學；（d）Bi2WO6，BIOBWO-12，BIOBWO-11，BIOBWO-21，BIOBWO-51 和 BiOIO3的擬一級反應速率常數

圖6.（a）Bi2WO6，BIOBWO-21和BiOIO3在模擬太陽光照射下的光電流響應；（b）Bi2WO6，BIOBWO-21 和 BiOIO3的EIS奈奎斯特圖；（c）捕獲劑對BIOBWO-21影響和 (d) 反應速率常數

圖7.（a）Bi2WO6?（b）BIOBWO-21的 VB 電位；（c）Bi2WO6?（d）BIOBWO-21的莫特-肖特基曲線

圖8. 間接Z型BiOI/Bi/Bi2WO6?p-n異質結的電子轉移和光催化機理

05 結論

BiOI/Bi/Bi2WO6三元異質結光催化劑通過水熱-溶劑熱法成功合成。在模擬太陽光下，在乙二醇誘導BiOIO3分解成金屬Bi和BiOI的BIOBWO-21光催化劑對BPA的光降解效率遠高于純Bi2WO6和純BiOIO3。此外，捕獲實驗證實?O2-是該反應中的關鍵活性物種。同時根據實驗結果進一步探討了BiOI/Bi/Bi2WO6三元異質結可能的反應機理和載流子轉移機理。總體而言，該研究為開發用于環境廢水處理的高效光催化劑提供了新的見解。該工作得到了興遼英才計劃，遼寧省科技廳，遼寧省教育廳，國家重點實驗室開放基金，渤海大學海洋研究院開放基金等項目的共同資助。

 

文章信息：

  1. Kan, C. Chang (*), Q. Wang, X. Wang, Glycol assisted splitting BiOIO3into plasmonic bismuth coupled with BiOI co-modified Bi2WO6(BiOI/Bi/Bi2WO6) to form indirect Z-scheme heterojunction for efficient photocatalytic degradation of BPA, Separation and Purification Technology, 2022, 297, 121537.

鏈接：https://authors.elsevier.com/a/1fHKN4wbrT7lOo（2022年2月25日之前可通過此鏈接免費下載全文）

五、作者簡介

第一作者 闞莉：渤海大學化學與材料工程學院物理化學專業碩士研究生。研究方向為光催化材料在環境領域的應用。曾參加清華大學等單位主辦的第十五屆全國環境博士生學術會議并做海報展示。目前在Journal of Colloid and Interface Science, Separation and Purification Technology, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers等期刊發表SCI收錄論文4篇。

通訊作者 常春：博士，興遼英才計劃青年拔尖人才入選者；畢業于南開大學，師從祝凌燕教授；臺灣清華大學博士后，合作導師為呂世源教授；現為大連大學環境與化學工程學院副教授，碩士生導師，曾擔任渤海大學海洋研究院海岸帶研究所所長，錦州市近海岸環境保護與污染防治專業技術創新中心負責人。目前是中國感光學會光催化委員會委員，遼寧省環境科學學會常務理事兼生態教育分會副會長、國際技術轉移專業委員會委員、海洋環境應急專業委員會委員，遼寧省化工學會太陽能光催化委員會委員，International Journal of Photoenergy客座主編，Frontiers in Environmental Chemistry，Journal of Modern Green Energy等期刊編委，《過程工程學報》《輕工學報》《安全、健康和環境》等期刊首屆青年編委、《重慶理工大學學報（自然科學）》首屆和第二屆青年編委。在廢棄物處理與資源化利用，光（電）化學在環境與能源領域應用等方面開展工作，在材料的合成、表征以及污染物轉化機理、反應歷程的推導等方面具有較豐富的研究經驗。主持或參與國家、省部級項目10余項，獲得天津市自然科學一等獎1項，教育部自然科學一等獎1項，遼寧省環境科學學會青年科學家獎1項。已發表論文40余篇，根據Google Scholar統計，SCI論文總被引1470余次，第一作者或通訊作者SCI論文累計IF為125.72，單篇最高被引288次，3篇為ESI高被引論文，1篇論文入選領跑者5000中國精品科技期刊頂尖論文。

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