构建双通道路径增强iCOF/Bi2O3 S型异质结在纯水体系中光催化合成H2O2性能

夏阳 张康延 杨恒 史利娟 易群

引用本文: 夏阳, 张康延, 杨恒, 史利娟, 易群. 构建双通道路径增强iCOF/Bi2O3 S型异质结在纯水体系中光催化合成H2O2性能[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 240701. doi: 10.3866/PKU.WHXB202407012 shu
Citation:  Yang Xia, Kangyan Zhang, Heng Yang, Lijuan Shi, Qun Yi. Improving Photocatalytic H2O2 Production over iCOF/Bi2O3 S-Scheme Heterojunction in Pure Water via Dual Channel Pathways[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(11): 240701. doi: 10.3866/PKU.WHXB202407012 shu

构建双通道路径增强iCOF/Bi2O3 S型异质结在纯水体系中光催化合成H2O2性能

    通讯作者: 夏阳, xiayang410@sina.com; 杨恒, yhxg666@sina.com; 易群, yq20071001@163.com
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 2210821

    海南省重点研发项目 ZDYF2024GXJS005

    武汉轻工大学校立研究与创新项目 2024Y18

摘要: 太阳能光催化技术是一种绿色、经济、可持续的制备H2O2方法,被认为是取代传统蒽醌法最有前景的策略。然而,由于有限的光捕获能力、快速的光生载流子复合以及氧化还原能力不足等问题,单一组分光催化剂表现出温和的光催化活性。并且,在光催化合成H2O2反应系统中需要额外添加牺牲剂。在这项研究中,我们通过光沉积法将Bi2O3 (BO)纳米颗粒负载于离子型有机共价框架材料(iCOF)纳米纤维上,构建一种S型异质结用于双通道路径光催化合成H2O2。在纯水体系中,在iCOF表面负载10 wt% BO时,复合催化剂iCOF/BO10表现出最高的H2O2产率,达到了9.76 mmol·g−1·h−1 (在420 nm处的量子效率为5.5%)。这一性能分别是纯iCOF的2.2倍,纯BO的5.6倍。原位表征技术(包括原位X射线光电子能谱、DFT理论计算、活性物种捕获实验以及原位漫反射红外傅里叶变换光谱)揭示该S型异质结不仅能促进光生载流子的分离和增强光吸收能力,而且能实现氧化还原能力最大化,使得反应体系同时通过间接2e氧气还原反应和4e水氧化反应双通道路径产生H2O2。此外,4e水氧化反应生成的O2能够通过间接2e氧气还原反应加快H2O2生成的反应动力学,实现光催化H2O2的全合成。该项工作为开发新颖催化剂实现高效光催化合成H2O2提供了独特的见解。

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  • 发布日期:  2024-11-15
  • 收稿日期:  2024-07-09
  • 接受日期:  2024-08-19
  • 修回日期:  2024-08-16
  • 网络出版日期:  2024-08-27
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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