SrTiO3/BiOI异质结构:界面电荷分离、增强光催化活性和 反应机理

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异质结构光催化剂为实现高效的电荷分离, 提高光催化性能提供了一种有效的途径. 虽然宽禁带和窄禁带光催化剂 已经得到了广泛的研究, 但它们在接触界面上的电荷分离和转移规律尚未完全揭示. 本文采用简便的方法成功地制备了一种新型SrTiO3/BiOI (STB)异质结构光催化剂. 该光催化剂中的异质结构可以将光吸收扩展到可见光范围, 从而在可见光照射下获得较高的光催化NO去除性能. 实验和理论证据表明, BiOI光生电子可以通过预成型的电子传递通道直接转移到SrTiO3表面. XRD和XPS结果表明, SrTO3/BiOI复合材料已成功制备. SEM和TEM图像显示了SrTiO3, BiOI和STB样品的形貌. 能量色散X射线(EDX)元素图清楚地表明SrTiO3均匀分布在BiOI纳米片表面, 证实BiOI与SrTiO3形成了界面. 高分辨率XPS表明, 电子从BiOI中Bi和I原子转移到STB化合物中SrTO3的Sr和Ti原子. 采用DFT进一步确定了BiOI与SrTiO3相互作用的机制. 电子局域函数(ELF)表明, STB的接触界面存在共价相互作用. SrTiO3和BiOI之间生成的共价键导致局域化超额电子(e?ex)的积累. 在可见光照射下, 界面内的电子交换增强, 从而提高反应物活化和ROS生成的效率.采用自制的连续流反应体系, 研究了在可见光照射下制备的样品对NO去除的光催化性能. 与SrTiO3和BiOI相比, STB具有显著增强的可见光光催化活性, 去除率为59.0%. UV-vis DRS显示, STB异质结的光吸收扩展到可见光范围. SrTiO3具有可见光活性, 这归因于EPR所描述的氧空位的存在. 随后计算态密度(DOS), 发现氧空位可以形成缺陷能级, 降低激发电子所需的光能. 利用ESR光谱发现, STB上的ESR信号强度都要强得多, 说明STB异质结具有较好的氧化能力, 也说明光生载流子可以通过电子传递通道被有效地分离. 原位红外光谱表明, 在SrTiO3上, NO主要转化为NO2. STB的加速电荷分离和转移特性, 促进活性氧的生成, 从而进一步有效地将有毒中间体NO2转化为目标产物.设计并制备的SrTiO3/BiOI异质结光催化剂在可见光辐照下净化空气中NO的效率提高, 同时抑制了有毒中间体的生成. 通过实验和理论相结合的方法揭示了在两种材料的接触界面上建立的电子传递通道. 来自BiOI的光生电子可以通过预先形成的电子传递通道直接转移到SrTiO3表面, 从而促进了ROS的生成, 所以整体的NO纯化效率和对有毒中间体的抑制作用提高. 综上, 本文提出了一种简单、新颖的促进空气污染物高效安全净化的策略.
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