染料敏化的BiOBr0.9I0.1用于促进可见光催化析氢和氧活化

导读:Journal of Colloid and Interface Science:染料敏化的BiOBr0.9I0.1用于促进可见光催化析氢和氧活化 引言 光催化是一种用于解决能源需求和环境问题的绿色技术。卤氧化铋(BiOX,X = Cl,Br,I)半导体由于具...

  Journal of Colloid and Interface Science:染料敏化的BiOBr0.9I0.1用于促进可见光催化析氢和氧活化

  引言

  光催化是一种用于解决能源需求和环境问题的绿色技术。卤氧化铋(BiOX,X = Cl,Br,I)半导体由于具有合适的带隙,独特的层状结构,无毒且成本低廉,因此是一类有前途的光催化剂。卤素原子可以轻松地掺入BiOX的晶格中,实现对价带的连续调节,从而形成可见光响应型BiOXxY1-x(X,Y = Cl,Br,I )固溶体。然而,光激发BiOXxY1-x产生的电子由于其窄的带隙而易与空穴重新结合,从而导致析氢和污染物降解的性能较差。染料敏化BiOXxY1-x光催化是一条解决上述问题有效的路线。但是,目前染料敏化的BiOXxY1-x其光催化性能远远不能令人满意,主要源于BiOXxY1-x对染料吸附的不足。

  成果简介

  近期,广东工业大学林展教授团队通过使用商业化的Bi2O3作为自我模板,在室温下使用便捷且快速的原位一步结晶路线合成3D花状的BiOBr0.9I0.1固溶体。制备的BiOBr0.9I0.1具有如下优点:疏松而丰富的多孔结构、更多的氧空位(OVs)和较大的比表面积,这大幅度提高了BiOBr0.9I0.1对若丹明B(RhB)分子的吸附。RhB敏化的BiOBr0.9I0.1光催化剂表现出显著提高的析氢性能,是普通BiOBr0.9I0.1的27.9倍。通过降低RhB溶液的pH值,由于染料的质子化,吸收能力进一步提高。在pH=3时,RhB敏化的BiOBr0.9I0.1可以有效地活化氧分子产生大量的超氧自由基(•O2−),使得其对盐酸四环素(TCH)和甲基橙(MO)等污染物具有超高的降解活性,优于在类似条件下大多数催化剂直接光催化降解的性能。该成果以题为“Enhancing H2evolution and molecular oxygen activation via dye sensitized BiOBr0.9I0.1under visible light”发表在Journal of Colloid and Interface Science上,并且入选为期刊封面文章。

  图文导读

  图一:结构形成示意图

  没有加入Bi2O3的表示为BOBI,不同加入量的Bi2O3的表示为BOBI-X

  图二:形貌表征图

  (a)Bi2O3,(c)BOBI和(e)BOBI-2的SEM图像;(b)Bi2O3,(d)BOBI(f)BOBI-2的TEM图像;(g)和(h)BOBI-2的HRTEM图像。

  图三:成分表征图

  BOBI和BOBI-2的高分辨率XPS光谱:(a)Bi 4f;(b)O 1 s。

  图四:析氢性能图

  RhB敏化的BOBI和BOBI-2表示为RhB-BOBI和RhB-BOBI-2

  (a)加或不加RhB敏化的BOBI-2和BOBI样品的光催化H2产量;(b)加或不加RhB敏化的BOBI-2和BOBI样品产生H2的平均速率;(c)在RhB-BOBI-2上产生H2期间RhB的吸收光谱;(d)在RhB-BOBI上生产H2期间RhB的吸收光谱。

  图五:氧活化性能图

  pH=3时,RhB敏化的BOBI-2表示为H-RhB-BOBI-2

  (a)在调节或不调节pH的情况下,BOBI和BOBI-2对RhB的吸附率;(b)BOBI-2上NBT的吸收光谱图;(c)H-RhB-BOBI-2上NBT的吸收光谱图;(d)在BOBI-2和H-RhB-BOBI-2上•O2−的平均产率;(e)H-RhB-BOBI-2上RhB和TCH的吸收光谱图;(f)H-RhB-BOBI-2上RhB和MO的吸收光谱图。

  小结

  综上所述,制备的疏松多孔BOBI-2具有更高的比表面积和更多的OVs,从而大大提高了染料的吸附率,从而使得产H2性能大幅度提高。通过降低溶液的pH值进一步提高染料的吸收率,RhB敏化的BOBI-2的•O2−释放速率是BOBI-2直接光催化的8倍。这项工作为设计一种有效的RhB敏化系统提供了有希望的前景,该系统可产生H2和•O2−,应用于环境、能源和生物等领域。

  文献链接:https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.07.014

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