南京航空航天大學APPL CATAL B-ENVIRON：染料敏化與Z-Scheme協同作用下的超快電子轉移過程

【引言】

目前，在提高光催化降解有機污染物的方法中，Z-Scheme型催化劑以其優異的電子空穴對分離能力和高氧化還原能力而受到廣泛關注。但是，光催化過程中的染料敏化作用產生的電子參與反應往往被研究人員所忽略，甚至有些催化反應的本質就是染料敏化作用而非半導體催化劑本身所起的作用，故探索染料敏化在Z-Scheme型催化劑催化過程中的作用很有必要。

【成果簡介】

近期，南京航空航天大學的劉勁松副教授和朱孔軍教授為通訊作者在Applied Catalysis B: Environmental上發文，題為“Combination of ultrafast dye-sensitized-assisted electron transfer process and novel Z-scheme system: AgBr nanoparticles interspersed MoO₃?nanobelts for enhancing photocatalytic performance of RhB”。文章采用簡單的溶液法在三氧化鉬納米帶的表面負載~8 nm的溴化銀顆粒，形成了AgBr/MoO₃新型Z-Scheme復合催化劑材料。該催化劑對羅丹明B具有優異的光催化降解能力，在5 min內能夠完全降解初始濃度為10mg/L的RhB溶液；且對無色的有機物噻吩也具有良好的降解效果，150 min內噻吩的降解量達到5.18 mg；通過理論計算與相關的對照實驗揭示了RhB的染料敏化和Z-Scheme體系結合促進光生電子的分離與參與催化作用。

【圖文導讀】

圖1 復合催化劑的光電性能

（a）紫外-可見吸收光譜和PL光譜；

（b）電化學阻抗譜；

（c）光電流曲線；

（d）N₂吸附脫附曲線。

圖2 光催化降解羅丹明B

（a）不同摩爾比的AgBr/MoO₃降解羅丹明B的降解動力學曲線；

（b）不同摩爾比的AgBr/MoO₃降解羅丹明B的動力常數；

（c）摩爾比1:3的AgBr/MoO₃降解羅丹明B的降解曲線；

（d）反應前后的XRD圖譜。

圖3 模擬計算

（a）各組分的分子幾何結構；

（b）AgBr的能帶結構圖和DOS圖；

（c）MoO₃的能帶結構圖和DOS圖；

（d）AgBr/ MoO₃的能帶結構圖和DOS圖。

圖4 捕獲劑實驗

（a）抗壞血酸電子捕獲劑；

（b）乙二胺四乙酸鈉空穴捕獲劑；

（c）異丙醇羥基自由基捕獲劑；

（d）不同條件下的動力學曲線。

圖5 光催化降解噻吩

光催化降解噻吩動力學曲線。

圖6 兩種半導體接觸前后的能帶圖

接觸前后兩種半導體的能帶圖。

圖7 光催化機理

光催化機理。

【小結與展望】

該實驗成功合成了Z-Scheme結構的AgBr/ MoO₃催化劑，證實了染料敏化在光催化中的促進作用，以及AgBr和MoO₃之間的歐姆接觸作為電子空穴對的復合中心從而加速載流子分離的機理。此外，對于帶隙較寬的半導體可以充分利用半導體接觸的“釘扎效應”來增強復合材料的氧化還原能力。

文獻鏈接：Combination of ultrafast dye-sensitized-assisted electron transfer process and novel Z-scheme system: AgBr nanoparticles interspersed MoO3 nanobelts for enhancing photocatalytic performance of RhB

Feng Bing, Wu Zhengying, Liu Jinsong, Zhu Kongjun, Li Ziquan, Jin Xin, Hou Yindi, Xi Qingyang, Cong Mengqi, Liu Pengcheng, Gu Qilin. Combination of ultrafast dye-sensitized-assisted electron transfer process and novel Z-scheme system: AgBr nanoparticles interspersed MoO₃?nanobelts for enhancing photocatalytic performance of RhB[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2017, 206: 242-251.

本文由南京航空航天大學材料科學與技術學院劉勁松副教授投稿，材料牛編輯曉fire編輯整理。