通过间接两电子还原的HOF/BiVO₄（010） S型光催化剂增强H₂O₂生产性能

摘要

太阳能驱动的氧还原制取H₂O₂为传统工业蒽醌法和直接H₂/O₂合成法提供了一种绿色、高效且环境友好的替代方案。本研究通过定向晶面工程，将氢键有机框架（HOF）选择性锚定在BiVO₄的（010）晶面上，构建了以HOF为还原端、通过氧还原反应生成H₂O₂的S型异质结。该结构使H₂O₂产率显著提升至555μmol g^-1 h^-1，较随机锚定的HOF/BiVO₄体系提高约37%。原位开尔文探针力显微镜（KPFM）揭示了原始BiVO₄的（110）与（010）晶面间存在内建电场，且（010）晶面在光照下富集电子。对HOF定向锚定于BiVO₄（010）晶面的材料研究表明，两组分间还建立了额外的内建电场。由此，我们提出了一种在异质结中具有双内建电场的新型HOF/BiVO₄（010）光催化材料，这种结构显著促进了单晶BiVO₄不同晶面与S型异质结界面的双向定向电荷转移。原位X射线光电子（XPS）进一步证实了S型异质结的电子转移机制。通过引入电子清除剂与空穴捕获剂，我们证实该异质结介导的光催化过程遵循两电子氧还原反应（ORR）路径。电子顺磁共振（EPR）光谱检测到超氧自由基（∙O₂^-）的存在，表明ORR通过间接两电子转移机制进行。双内建电场、S型异质结结构与两电子ORR路径的协同效应共同促成了该体系优异的光催化性能。

关键词

S型异质结 / 双内建电场 / 氢键有机框架 / BiVO₄ / 两电子ORR