BiVO₄/WO_3-x S型异质结通过增强内建电场提升光热催化活性

摘要

增强S型异质结光催化剂中的内建电场（IEF）的强度对于解决环境问题具有独特的优势。于此，本文通过水热法成功制备了BiVO₄/WO_3-x S型异质结光热催化材料，并通过在可见光照射下同时降解四环素（TC）和六价铬(Cr（Ⅵ）)系统地研究了BiVO₄/WO_3-x的催化活性。实验结果表明，在单一污染物的降解中，BiVO₄/WO_3-x相较于两种单质材料表现出明显增强的催化活性：在可见光照射60 min后，对TC和Cr（Ⅵ）的降解效率分别达到了78.5%和85.3%。同时，复合材料在TC和Cr（Ⅵ）的混合体系中的协同光催化活性得到了提高，Cr（Ⅵ）和TC的去除能力分别提高了1.29倍和1.32倍。红外热成像仪的分析结果表明了WO_3-x的光热效应可以提高反应体系的温度。DFT计算的结果表明，氧空位的引入增强了两种材料间的费米能级差，从而促进了光生载流子的分离。利用绿豆种子的生长实验和液相色谱-质谱仪（LC-MS）的检测结果对TC的降解路径和中间产物的毒性进行了详细的分析。本研究为设计和开发用于协同去除含有Cr（Ⅵ）和TC的水体的S型光热催化材料提供了新的思路。

关键词

S型异质结 / 内建电场 / 光热效应 / 四环素 / 六价铬

基金资助

国家自然科学基金(52271175); 南京大学固体微结构国家重点实验室开放课题(M34047); 江苏省青蓝工程项目资助