通过简易的二硫化碳调控的方式合成具有表面氧空位的Bi12GeO20/Bi2S3的复合材料及在水中和盐水中的增强的可见光催化性能

标题：Fabrication of Bi12GeO20/Bi2S3 hybrids with surface oxygen vacancies by a facile CS2-mediated manner and enhanced photocatalytic performance in water and saline water

页码：Separation and Purification Technology, 2022, 287, 120532

2. 文章链接

专用链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1383586622000922

3．期刊信息

期刊名：Separation and Purification Technology

ISSN：1383-5866

影响因子：9.136

分区信息：中科院一区Top; JCR分区（Q1）

涉及研究方向：工程技术: 化工；

4. 作者信息：上海理工大学常飞（第 一作者，第 一通讯作者），胡学锋（第二通讯作者）

5. 光源型号：北京中教金源（CEL-HXF300, Aulight）（300 W氙灯，可见光）

文章简介： 

随着城市化进程的加快和工业化的深化，环境和能源问题在全 球范围内逐渐凸显。特别是水污染问题越来越严重，工业生产过程中经常产生以氯化钠为主盐的含盐废水。有效去除水中或盐水中低浓度的有机污染物成为国内外研究的重 点和迫切需要。鉴于其特点和优点，半导体材料介导的光催化被认为是一种绿色可持续的污染物去除和能量转换技术。

半导体光催化技术属于高级氧化技术的一种，激发产生和界面调控的光生载流子可以直接参与或产生各种活性含氧自由基参与水中有机污染物的处理过程。然而，在盐水中，大量赋存的氯阴离子可以通过以下过程起到减弱或双重作用影响污染物降解反应：清除空穴或·OH自由基，堵塞活性位点，生成无机盐层或者成为光生载流子的复合中心，促进氯相关或其他的活性物种的形成等。因此，氯离子对污染物降解的影响作用在不同体系中有很大不同，需要进行深入和系统的探索研究。

制备Bi2S3一般主要采用包括溶剂热和水热反应，其弊端为大量的时间和能源消耗以及复杂的后处理过程。相比之下，使用二硫化碳作为直接硫源和反应介质是通过离子交换原位构筑Bi2S3复合材料的简单可控的方式。更为重要的是，上述过程涉及表面原子的刻蚀和替换，容易引入表面氧空位（OVs）。OVs作为负离子缺陷和浅层受体，可以通过增强入射光的吸收、促进分子O2的富集和活化以产生含氧活性自由基以及改善反应物分子的吸附等过程，对催化体系的光学和光催化性能产生重大影响。

据此，本文通过简易的二硫化碳诱导方式构建了一系列含有表面OVs的Bi12GeO20/Bi2S3二元复合物并对相关样品的微观结构、形态、光学和电化学特征进行了系统分析。可见光下，与纯Bi12GeO20相比，所获得的异质复合物对染料罗丹明B和抗生素盐酸四环素的光催化去除有明显提升，经分析主要跟增强的可见光捕获，通过具有良好匹配带结构的n-p异质结在界面上有效地分离光生载流子，以及赋存丰富的表面OVs直接相关。

此外，在盐水中无法检测到活性Cl物种和含Cl的中间体。与在纯水相比，在盐水中显著提高的催化效率主要与不同降解途径相关，可由紫外-可见吸收、三维激发发射荧光，和高效液相色谱-质谱光谱确证，进一步分析与氯离子对空穴的部分消耗和促进了超氧和羟基自由基的产生有关。这些复合样品具有良好的可回收性和结构稳定性，其异质结构中的光生载流子的迁移和反应主要遵从Z-Scheme过程。这项工作采用简易的离子交换过程构筑了表面含有丰富OVs的二元异质结构Bi12GeO20/Bi2S3，在纯水和盐水中都具有良好的降解活性且不产生任何有毒的含Cl中间体。

纯水和盐水中以GS-5为催化剂降解RhB分子的途径

可见光下复合物可能的光催化机理

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