01 導讀

能源與環境危機已成為人類社會面臨的主要問題之一。雙酚A（BPA）是一種內分泌干擾化合物，具有雌激素活性。即使濃度很低，BPA對生物體也具有毒性，可導致內分泌系統紊亂，進而導致生殖異常、神經發育異常，甚至致癌。由于BPA在水中揮發性低，不易分解，化學性質穩定，廣泛存在于湖泊和河流中，造成很大的環境問題。因此，研究BPA的降解和去除對保護水環境和人類健康至關重要。光催化環境凈化技術的研究與開發在能源和環境問題上得到了廣泛的關注。在多組分異構體系中，光電子協同導通是保證電子-空穴對有效分離的重要參數。異質結構可以包含光活性組分之間的各種微觀異質結，這些異質結可以通過多界面電子傳遞路徑發揮作用，從而產生有效的電荷通道化。

?02 成果掠影

近日，常春團隊等在Separation and Purification Technology期刊發表了題為“Dual S-scheme graphitic carbon-doped α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I ternary heterojunction photocatalyst for the degradation of Bisphenol A”的最新研究成果。該工作通過簡單﹑低成本的煅燒法對 BiOIO₃?進行改性，成功合成了石墨碳修飾 α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I異質結光催化劑。利用合成的催化劑在模擬陽光下降解BPA，測試其光催化性能。所合成的半導體光催化劑遵循雙S型異質結構是其優異的光催化性能的關鍵。密度泛函理論（DFT）計算證實了雙S型異質結的形成。瞬態光電流響應和電化學阻抗譜（EIS）測試證明，形成的雙S型異質結提高了光生載流子的分離和利用效率，從而大大提高了催化效率。

03 圖文解讀

圖1. 不同光催化劑的 XRD 譜圖?（?: Bi₅O₇I, ?:?α-Bi₂O₃, ?: β-Bi₂O₃, ?:石墨碳）

圖2.?MACN、MB-0.02、MB-0.05、MB-0.15、MB-0.30、MB-0.45和 BIO-550的 FTIR 光譜。

圖3.?（a, b）MB-0.05 的 TEM 圖像；（c）MB-0.05的 HRTEM 圖像；（d）MB-0.05的選區電子衍射。

圖4.?(a)光催化劑的UV-vis漫反射光譜，(b)MACN、BIO-550和MB-0.05的帶隙

圖5.?BIO-550 和 MB-0.05 的（a）Bi 4f；（b）I 3d；（c）O 1s 的 XPS 光譜

圖6.?(a) BPA吸附;?(b) BPA光催化降解;?(c) BIO-550, MA-BIO, MACN, CN-BIO, MB-0.02, MB-0.05, MB-0.15, B-0.3, MB-0.45的光解降解動力學;?(d)反應速率常數。

圖7. MACN﹑MB-0.05和BIO-550（a）模擬陽光照射下的光電流響應,（b）EIS奈奎斯特圖;（c）MB-0.05的捕獲劑效應,（d）反應速率常數；MB-0.05的（e）DMPO-?O₂^-?,（f）DMPO-?OH的 ESR 譜圖 。

圖8.?(a)?α-Bi₂O₃的(012)晶面，(b)?β-Bi₂O₃的(201)晶面和(c)?Bi₅O₇I?的(312)晶面的功函數計算和結構模型。

圖9. α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I的S型電荷轉移機制示意圖（a）接觸前，（b）接觸后，（c）光照下。

圖10.（a）BIO-550，（b）MB-0.05的 VB 電位；（c）BIO-550（d）MB-0.05的莫特-肖特基曲線。

圖11. 石墨碳修飾雙S型α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I異質結電子轉移和催化機理。

04 結論

通過控制反應物配比，成功合成了石墨碳修飾雙S型α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I三元異質結光催化劑。在模擬太陽光照射下，MB-0.05催化劑對BPA的降解表現出最佳的光催化性能。根據測試和表征結果，發現?O₂^-在反應中起主要作用。此外，還討論了光催化機理。Bi₅O₇I和Bi₂O₃異質結光催化劑的光催化活性增強歸因于Bi₅O₇I與Bi₂O₃之間形成雙S型異質結構降低了光生電子和空穴的復合速率，改善了電子-空穴對的分離效率。此外，石墨碳的存在可有效促進光生電子在材料表界面的遷移和分離。總體而言，本工作不僅為設計高性能可見光雙S型異質結構光催化劑提供了新的途徑，而且為環境廢水凈化提供了新的思路。

文章信息：?L. Kan, W. Mu, C. Chang ⁽*⁾,?et. al, Dual S-scheme graphitic carbon-doped α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I ternary heterojunction photocatalyst for the degradation of Bisphenol A, Separation and Purification Technology, 312 (2023) 123388.

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本文由作者供稿

05 作者簡介

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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19級碩士研究生，現在黑龍江大學攻讀博士學位。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5篇。

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通訊作者 常春：興遼英才計劃青年拔尖人才入選者，畢業于南開大學環境科學與工程學院，師從祝凌燕教授；清華大學（中國臺灣）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教授，碩士生導師，大連市引進高層次人才（高端人才），大連大學引進高層次人才（三層次），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，中國環境科學學會高級會員，中國化工學會專業會員，中國化學會會員，遼寧省環境科學學會常務理事兼國際技術轉移專業委員會委員，遼寧省化工學會太陽能光催化委員會委員，英文期刊International Journal of Photoenergy客座主編，Frontiers in Environmental Chemistry，Journal of Modern Green Energy，Ecomaterials等編委，Advanced Powder Materials青年工作委員會委員，SCI收錄期刊《結構化學》青年編委，《過程工程學報》《武漢大學學報（理學版）》《中國無機分析化學》《冶金分析》《重慶理工大學學報（自然科學）》《輕工學報》《安全、健康和環境》等核心期刊青年編委。目前，是“國家自然科學基金項目”通訊評審專家，國家科技專家庫專家，教育部學位與研究生教育評估專家，遼寧省科技廳計劃項目評審專家，天津市科技局項目評審專家，錦州市科技局評審專家，營口市科技局評審專家。工作以來主持或參與國家、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，獲評遼寧省環境科學學會青年科學家。已發表論文50余篇，其中3篇為ESI高被引論文，被Chemical Reviews，Chemical Society Reviews和Energy & Environmental Science等權威期刊引用，根據Google Scholar統計，SCI論文總被引1660余次，三篇SCI論文被引次數超過200次，單篇最高被引313次，1篇中文期刊論文入選2019年度領跑者5000——中國精品科技期刊頂尖學術論文。