H₂O及其中间体在缺电子Mn^（3+δ）+位的自发增强吸附及其促进光催化产H₂O₂性能

摘要

过渡金属羟基氧化物已被证明是水氧化反应的可靠助催化剂。然而，在水氧化过程中它们对H₂O及其中间产物的吸附能力不足，极大制约了水氧化速率的提高。在本研究中，H₂O及其中间体在MnOOH助剂的缺电子Mn（3+δ）+上的自发增强吸附可以极大地促进水的快速氧化，从而在纯水体系中实现高效的光催化H₂O2生成。首先，无定形MnOOH通过定向光诱导氧化方法选择性地沉积在AuPd改性的单晶BiVO₄光催化剂的（110）面上，从而制备了AuPd/BiVO₄/MnOOH光催化剂。光催化实验表明，所制备的AuPd/BiVO₄/MnOOH（0.5%）光催化剂的H₂O₂产生速率达到214μmol·L^-1，并表现出良好的稳定性和重现性。密度泛函理论计算和X射线光电子能谱表征表明，MnOOH的自由电子可以有效地转移到BiVO₄上，诱导缺电子Mn位(Mn^（3+δ）+)的产生，从而自发地促进H₂O及其中间体的吸附，增强四电子WOR反应，导致H₂O₂的高效生成。本文关于助催化剂与主体催化剂之间强相互作用的工作为其它高效催化材料的合理设计提供了一种新的思路。

关键词

光催化 / H₂O₂生产 / MnOOH助催化剂 / 单晶BiVO₄ / H₂O吸附

基金资助

国家自然科学基金(22178276,U22A20147,52073263);; 湖北省自然科学基金(2022CFA001)资助项目