一步溶剂热法合成Bi2S3/BiOBr多级异质结及其增强可见光光催化去除RhB的研究(英文)

作者：刘毅; 冯紫娟; 贾雯; 吴雪; 郑旭煦; 袁小亚^*

来源：材料导报, 2022, 36(24): 35-42.

• Bi2S3/BiOBr
• 异质结
• 罗丹明B
• 可见光
• 光催化剂

近年来，随着工业的高速发展，环境污染问题日益加剧。光催化作为一种节能环保、应用前景广阔的技术，已成为环境污染治理领域的研究热点。早期光催化剂以TiO2为主，但TiO2的活性只有在紫外光照下才能被激发，因此国内外逐渐发展了众多可见光可激发的光催化剂。其中，溴氧化铋(BiOBr)作为一种新型的层状结构光催化剂，因具有独特的光学性质和特殊的电子结构，近年来受到越来越多的关注。然而，纯BiOBr在可见光范围内的吸收能力并不理想，这极大地限制了它的实际应用。目前，与其他具有优异可见光吸收能力的半导体耦合是提升BiOBr光催化活性的一种有效方法。本研究首次采用硫化钠作为硫源，通过简单的一步溶剂热法合成了二元三维Bi2S3/BiOBr多级异质结球状光催化剂。使用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了样品的结构与形貌。结构测试分析表明纳米花状的Bi2S3/BiOBr三维球体被成功制备，且二组分间形成了紧密的界面连接。对罗丹明B(RhB)的可见光光催化降解试验结果表明Bi2S3/BiOBr复合材料的催化性能高度依赖于Bi2S3的含量。12.5%-Bi2S3/BiOBr样品表现出对RhB最大去除能力。对降解效率进行了准一级动力学研究，拟合结果显示12.5%-Bi2S3/BiOBr的降解效率分别是纯BiOBr和纯Bi2S3的4.2倍和39.6倍。采用光致发光测试、光电流测试、电化学阻抗测试以及紫外可见光漫反射测试对降解机理进行了研究，Bi2S3/BiOBr复合材料光催化性能增强的主要原因是组分间形成了有效异质结结构，使得载流子分离效率提高，可见光吸收范围扩大。活性物种的淬灭实验表明RhB的降解主要来自空穴的氧化作用，其次是超氧基自由基的作用。通过能带计算及实验分析发现超氧自由基的形成与染料敏化有关。重复使用试验研究表明经多次循环降解后12.5%-Bi2S3/BiOBr样品仍表现出良好的稳定性和可重复使用性。因此，Bi2S3/BiOBr光催化剂还有望用于降解其他类型的有机污染物，在废水净化和环境修复领域有着潜在应用。

• 单位
  重庆交通大学