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Chem. Eur. J. :基于(BiO)2CO3作为电子桥的三元铋基异质结的构建实现高效光降解苯酚

北京化工大学孙振宇教授课题组和延安大学付峰教授课题组合作,利用醇热-焙烧策略成功构建了以(BiO)2CO3为电子桥的三元铋基异质结(Bi2O3/(BiO)2CO3/Bi2MoO6),并将其作为光催化剂应用于有机污染物的降解。与纯Bi2MoO6相比,所制备的Bi2O3/(BiO)2CO3/Bi2MoO6异质结具有高效的电荷分离和载流子传输动力学,从而促进污染物的降解。



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半导体光催化技术对环境修复具有经济、高效和环保等优点,因此,设计和开发高效的光催化剂具有重大现实意义。近年来,Bi基光催化材料的研究引起了学术界的广泛关注,其中Bi2MoO6作为一种结构最为简单的Aurivillius结构化合物,是由(Bi2O2)2+层和(MoO4)2–层交替堆积而成。Bi2MoO6的禁带宽度约为2.5–2.8 eV,能响应可见光,具有优良的光催化活性、成本低、无毒和性能稳定等优点。然而,Bi2MoO6基催化材料存在光生载流子复合率高、量子效率低等制约工业应用的关键问题。


针对Bi2MoO6基半导体材料存在的缺点,一种行之有效的方法是构建异质结光催化剂来促进光生电子-空穴对的有效分离。因此,如何构建与Bi2MoO6能带结构匹配的异质结纳米材料来促进有效的电子-空穴分离和迁移成为了研究的热点。基于此,北京化工大学孙振宇教授课题组和延安大学付峰教授课题组利用醇热-焙烧策略成功构建了以(BiO)2CO3为电子桥的三元铋基异质结(Bi2O3/(BiO)2CO3/Bi2MoO6)。可见光照射下,Bi2O3/(BiO)2CO3/Bi2MoO6在3 h内对苯酚的去除率达到98.8%,约为Bi2MoO6的76倍,并且表现出较好的矿化率(68%)。捕获实验、电子自旋共振光谱(ESR)结果和密度函数理论(DFT)研究表明,光催化活性的增强归因于Z型异质结的形成。更重要的是,(BiO)2CO3作为电子桥,降低界面处的电子转移电阻,从而加快电子从Bi2O3的ECB到Bi2MoO6的EVB的迁移,使更多的电子和具有较强氧化还原能力的空穴参与表面反应。本工作为构建高效的Bi基Z-scheme光催化剂提供了一个潜在的策略,在环境保护方面具有广泛的应用前景。

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文信息

Construction of Ternary Bismuth-Based Heterojunction by Using (BiO)2CO3 as Electron Bridge for Highly Efficient Degradation of Phenol

Huidong Shen, Chunming Yang*, Wenwen Xue, Leiduan Hao, Danjun Wang* Feng Fu*, Zhenyu Sun


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202300748




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