引入内建电场强化BiOBr/C₃N₅ S型异质结中光载流子分离以实现高效催化降解微污染物

摘要

光催化技术在废水处理及环境治理领域展现出巨大的应用潜力，而开发高效的光催化剂则是实现这一技术广泛应用的关键。在本研究中，我们成功地设计并制备了一种新型S型BiOBr/C₃N₅ （BBN）异质结光催化剂用于在可见光下高效去除微污染物。系统评估了BBN材料在可见光下对四环素（TC）和萘（NAP）的光催化降解效果。结果表明，BBN-2样品表现出最佳的光催化活性，其反应速率常数为0.0139 min^-1，比纯BiOBr和C₃N₅分别提高了0.6倍和2.8倍，这主要得益于BBN异质结具有空间分隔开的氧化还原位点以及利用内建电场作为驱动力，促进光生载流子的有效分离，从而加速微污染物的降解反应。此外，BBN-2具有卓越的抗外界环境干扰特性以及优异的稳定性能，在经过五次循环使用后，仍能保持较高的光催化活性。通过自由基活性检测实验，我们确认了超氧阴离子自由基(·O^2-)、空穴（h⁺）和羟基自由基（·OH）是参与光催化反应过程的主要活性物种。本研究为开发高效C₃N₅基催化体系用于环境治理开辟了一种新的思路。

关键词

C₃N₅ / S型异质结 / 微污染物去除 / 内建电场 / 光催化

基金资助

国家自然科学基金(U1809214);; 浙江省自然科学基金(LY20E080014,LTGN23E080001);; 浙江省石油化工环境污染控制重点实验室开放课题(2021Y02);; 舟山科技项目(2022C41011)资助