01 導(dǎo)讀

能源與環(huán)境危機(jī)已成為人類社會(huì)面臨的常春主要問題之一。雙酚A（BPA）是團(tuán)隊(duì)一種內(nèi)分泌干擾化合物，具有雌激素活性。石雙即使?jié)舛群艿?，墨碳BPA對(duì)生物體也具有毒性，修飾型α可導(dǎo)致內(nèi)分泌系統(tǒng)紊亂，常春進(jìn)而導(dǎo)致生殖異常、團(tuán)隊(duì)神經(jīng)發(fā)育異常，石雙甚至致癌。墨碳由于BPA在水中揮發(fā)性低，修飾型α不易分解，常春化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，團(tuán)隊(duì)廣泛存在于湖泊和河流中，石雙造成很大的墨碳環(huán)境問題。因此，修飾型α研究BPA的降解和去除對(duì)保護(hù)水環(huán)境和人類健康至關(guān)重要。光催化環(huán)境凈化技術(shù)的研究與開發(fā)在能源和環(huán)境問題上得到了廣泛的關(guān)注。在多組分異構(gòu)體系中，光電子協(xié)同導(dǎo)通是保證電子-空穴對(duì)有效分離的重要參數(shù)。異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以包含光活性組分之間的各種微觀異質(zhì)結(jié)，這些異質(zhì)結(jié)可以通過多界面電子傳遞路徑發(fā)揮作用，從而產(chǎn)生有效的電荷通道化。

?02 成果掠影

近日，常春團(tuán)隊(duì)等在Separation and Purification Technology期刊發(fā)表了題為“Dual S-scheme graphitic carbon-doped α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I ternary heterojunction photocatalyst for the degradation of Bisphenol A”的最新研究成果。該工作通過簡單﹑低成本的煅燒法對(duì) BiOIO₃?進(jìn)行改性，成功合成了石墨碳修飾 α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I異質(zhì)結(jié)光催化劑。利用合成的催化劑在模擬陽光下降解BPA，測(cè)試其光催化性能。所合成的半導(dǎo)體光催化劑遵循雙S型異質(zhì)結(jié)構(gòu)是其優(yōu)異的光催化性能的關(guān)鍵。密度泛函理論（DFT）計(jì)算證實(shí)了雙S型異質(zhì)結(jié)的形成。瞬態(tài)光電流響應(yīng)和電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試證明，形成的雙S型異質(zhì)結(jié)提高了光生載流子的分離和利用效率，從而大大提高了催化效率。

03 圖文解讀

圖1. 不同光催化劑的 XRD 譜圖?（?: Bi₅O₇I, ?:?α-Bi₂O₃, ?: β-Bi₂O₃, ?:石墨碳）

圖2.?MACN、MB-0.02、MB-0.05、MB-0.15、MB-0.30、MB-0.45和 BIO-550的 FTIR 光譜。

圖3.?（a, b）MB-0.05 的 TEM 圖像；（c）MB-0.05的 HRTEM 圖像；（d）MB-0.05的選區(qū)電子衍射。

圖4.?(a)光催化劑的UV-vis漫反射光譜，(b)MACN、BIO-550和MB-0.05的帶隙

圖5.?BIO-550 和 MB-0.05 的（a）Bi 4f；（b）I 3d；（c）O 1s 的 XPS 光譜

圖6.?(a) BPA吸附;?(b) BPA光催化降解;?(c) BIO-550, MA-BIO, MACN, CN-BIO, MB-0.02, MB-0.05, MB-0.15, B-0.3, MB-0.45的光解降解動(dòng)力學(xué);?(d)反應(yīng)速率常數(shù)。

圖7. MACN﹑MB-0.05和BIO-550（a）模擬陽光照射下的光電流響應(yīng),（b）EIS奈奎斯特圖;（c）MB-0.05的捕獲劑效應(yīng),（d）反應(yīng)速率常數(shù)；MB-0.05的（e）DMPO-?O₂^-?,（f）DMPO-?OH的 ESR 譜圖 。

圖8.?(a)?α-Bi₂O₃的(012)晶面，(b)?β-Bi₂O₃的(201)晶面和(c)?Bi₅O₇I?的(312)晶面的功函數(shù)計(jì)算和結(jié)構(gòu)模型。

圖9. α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I的S型電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制示意圖（a）接觸前，（b）接觸后，（c）光照下。

圖10.（a）BIO-550，（b）MB-0.05的 VB 電位；（c）BIO-550（d）MB-0.05的莫特-肖特基曲線。

圖11. 石墨碳修飾雙S型α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I異質(zhì)結(jié)電子轉(zhuǎn)移和催化機(jī)理。

04 結(jié)論

通過控制反應(yīng)物配比，成功合成了石墨碳修飾雙S型α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I三元異質(zhì)結(jié)光催化劑。在模擬太陽光照射下，MB-0.05催化劑對(duì)BPA的降解表現(xiàn)出最佳的光催化性能。根據(jù)測(cè)試和表征結(jié)果，發(fā)現(xiàn)?O₂^-在反應(yīng)中起主要作用。此外，還討論了光催化機(jī)理。Bi₅O₇I和Bi₂O₃異質(zhì)結(jié)光催化劑的光催化活性增強(qiáng)歸因于Bi₅O₇I與Bi₂O₃之間形成雙S型異質(zhì)結(jié)構(gòu)降低了光生電子和空穴的復(fù)合速率，改善了電子-空穴對(duì)的分離效率。此外，石墨碳的存在可有效促進(jìn)光生電子在材料表界面的遷移和分離?？傮w而言，本工作不僅為設(shè)計(jì)高性能可見光雙S型異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑提供了新的途徑，而且為環(huán)境廢水凈化提供了新的思路。

文章信息：?L. Kan, W. Mu, C. Chang ⁽*⁾,?et. al, Dual S-scheme graphitic carbon-doped α-Bi₂O₃/β-Bi₂O₃/Bi₅O₇I ternary heterojunction photocatalyst for the degradation of Bisphenol A, Separation and Purification Technology, 312 (2023) 123388.

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本文由作者供稿

05 作者簡介

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第一作者 闞莉：渤海大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院物理化學(xué)專業(yè)19級(jí)碩士研究生，現(xiàn)在黑龍江大學(xué)攻讀博士學(xué)位。研究方向?yàn)楣獯呋牧显诃h(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。曾參加清華大學(xué)等單位主辦的第十五屆全國環(huán)境博士生學(xué)術(shù)會(huì)議并做海報(bào)展示。目前在Journal of Colloid and Interface Science, Separation and Purification Technology, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers等期刊發(fā)表SCI收錄論文5篇。

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通訊作者 常春：興遼英才計(jì)劃青年拔尖人才入選者，畢業(yè)于南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，師從祝凌燕教授；清華大學(xué)（中國臺(tái)灣）博士后，合作導(dǎo)師為呂世源教授；現(xiàn)為大連大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，大連市引進(jìn)高層次人才（高端人才），大連大學(xué)引進(jìn)高層次人才（三層次），曾擔(dān)任渤海大學(xué)海洋研究院海岸帶研究所所長，錦州市近海岸環(huán)境保護(hù)與污染防治專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心負(fù)責(zé)人。目前是中國感光學(xué)會(huì)光催化委員會(huì)委員，中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，中國化工學(xué)會(huì)專業(yè)會(huì)員，中國化學(xué)會(huì)會(huì)員，遼寧省環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)常務(wù)理事兼國際技術(shù)轉(zhuǎn)移專業(yè)委員會(huì)委員，遼寧省化工學(xué)會(huì)太陽能光催化委員會(huì)委員，英文期刊International Journal of Photoenergy客座主編，Frontiers in Environmental Chemistry，Journal of Modern Green Energy，Ecomaterials等編委，Advanced Powder Materials青年工作委員會(huì)委員，SCI收錄期刊《結(jié)構(gòu)化學(xué)》青年編委，《過程工程學(xué)報(bào)》《武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版）》《中國無機(jī)分析化學(xué)》《冶金分析》《重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)）》《輕工學(xué)報(bào)》《安全、健康和環(huán)境》等核心期刊青年編委。目前，是“國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目”通訊評(píng)審專家，國家科技專家?guī)鞂＜遥逃繉W(xué)位與研究生教育評(píng)估專家，遼寧省科技廳計(jì)劃項(xiàng)目評(píng)審專家，天津市科技局項(xiàng)目評(píng)審專家，錦州市科技局評(píng)審專家，營口市科技局評(píng)審專家。工作以來主持或參與國家、省部級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)，獲得天津市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲評(píng)遼寧省環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)青年科學(xué)家。已發(fā)表論文50余篇，其中3篇為ESI高被引論文，被Chemical Reviews，Chemical Society Reviews和Energy & Environmental Science等權(quán)威期刊引用，根據(jù)Google Scholar統(tǒng)計(jì)，SCI論文總被引1660余次，三篇SCI論文被引次數(shù)超過200次，單篇最高被引313次，1篇中文期刊論文入選2019年度領(lǐng)跑者5000——中國精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文。