可见光照射下具有增强光催化活性的Bi2WO6量子点-超薄纳米片(0D/2D)r同质结结构

摘要

随着工业的快速发展,环境污染问题成为全球性的挑战.为了解决这些问题,迫切需要开发用于环境污染治理的环保、可再生技术.在各种提出的技术中,基于半导体的光催化引起广泛关注.我们在前期研究中通过简单的水热法成功制备了新型可见光响应Bi2WO6量子点(QDs-BWO)/Bi2WO6纳米片(N-BWO)同质结催化剂,并以可见光照射下4-氯苯酚(4-CP)和罗丹明B(RhB)的降解实验研究了QDs/N-BWO材料的光催化性能.结果表明,相比纯QDs-BWO和纯N-BWO,我们制备的QDs/N-BWO同质结材料具有更高的光催化活性.然而,QDs/N-BWO催化剂光催化性能提高的原因尚不清楚.本文在上述研究的基础上,采用透射电子显微镜(TEM)、N2吸附-脱附实验、电子自旋共振(ESR)、荧光分光光度计(PL)和电化学实验等表征手段研究了QDs/N-BWO同质结催化剂光催化性能提高的原因.TEM测试结果表明,大量的QDs-BWO均匀附着在N-BWO表面,意味着成功形成了0D/2D同质结结构.同质结结构可促进电子-空穴对的分离,提高光催化性能.N2吸附-脱附实验结果表明,在将QDs-BWO沉积到N-BWO上之后,BET比表面积增加.BET表面积的增加有利于更多污染物分子在材料表面上吸附,从而改善了光催化活性.此外,ESR测试结果表明,相同条件下,QDs/BWO同质结催化剂产生了更多的超氧自由基(?O2–)和羟基自由基(?OH),这也表明QDs-BWO和N-BWO之间形成的同质结有助于减少光生电子-空穴对的复合.荧光分光光度计和电化学实验的测试结果也充分验证了这一点.另外,为了研究光催化过程中的主要活性自由基,我们进行了捕获实验.结果表明,超氧自由基和空穴在RhB光催化降解中起主要作用,这与之前报道的结果一致.总之,我们成功制备了QDs/N-BWO(0D/2D)同质结光催化剂.QDs/N-BWO同质结光催化剂的光催化性能在可见光照射下显著提高.量子点和纳米片之间形成的同质结显著提高了电子-空穴对的分离效率,提高了光催化性能.