S型CeO₂/Bi₂MoO₆微球异质结的理性设计及其高效光催化CO₂还原

摘要

人工半导体光催化CO₂转化被广泛认为是模拟自然碳循环的最有前途的策略之一。其中，Bi₂MoO₆具有光催化CO₂转化的潜力。然而，由于其光生电荷载体的快速复合，其催化性能仍然不足。因此，改善Bi₂MoO₆的催化效率是一个紧迫的问题。在这项研究中，我们通过水热法合成了Bi₂MoO₆纳米片，并在其表面同时生长了CeO₂纳米颗粒，形成了Ce³⁺/Ce⁴⁺离子桥接修饰的S型异质结。时间分辨光致发光光谱和光电化学测试揭示了这种异质结的增强电荷分离效应。此外，原位X射线光电子能谱分析和理论计算进一步证实，光生电子转移路径遵循S型机制，从氧化型半导体Bi₂MoO₆的导带转移到还原型半导体CeO₂的价带。实验结果表明，CeO₂/Bi₂MoO₆、Bi₂MoO₆和CeO₂的光催化CO₂还原为CO的效率分别为65.3、14.8和1.2μmol·g^-1·h^-1。与纯Bi₂MoO₆相比，CeO₂/Bi₂MoO₆复合催化剂将CO₂光催化还原为CO的催化效率提高了3.12倍。这项工作为设计和构建新型S型异质结光催化剂提供了独特的见解。

关键词

光催化CO₂转化 / CeO₂ / Bi₂MoO₆ / S型异质结 / 电荷转移

基金资助

国家自然科学基金(22278169,51973078);; 安徽省高校优秀科研创新团队(2022AH010028);; 安徽省教育厅重大项目(2022AH040068),安徽省教育厅重点项目(2022AH050396,2022AH050376);; 安徽省质量工程项目(2022sx134)