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單原子Bi吸附對BiOI光催化性能的影響

2021-09-16 03:31:34朱超涌
原子與分子物理學(xué)報(bào) 2021年4期
關(guān)鍵詞:體系

李 庚, 朱超涌

(四川大學(xué) 原子與分子物理研究所, 成都610065)

1 引 言

隨著人類社會(huì)發(fā)展對能源日益增長的需求,及日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,利用清潔能源成為人類主要的研究方向之一. 半導(dǎo)體光催解劑因其太陽能轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境污染低而備受關(guān)注[1-2]. 近年來,研究發(fā)現(xiàn)了許多具有很高光催化效率的半導(dǎo)體材料,如ZnO[3]和TiO2[4-5],其中,TiO2因其環(huán)保、成礦完整、成本低、無毒等優(yōu)點(diǎn),成為研究最廣泛的光催化劑[6-7]. 然而,TiO2的帶隙較寬(3.2 eV),導(dǎo)致TiO2對太陽能的吸收率較低(<4%),此外,較高的光生電子和空穴復(fù)合率,也極大地限制了TiO2的實(shí)際應(yīng)用[8]. 學(xué)者還研究了其它由可見光驅(qū)動(dòng)的高效光催化劑,如CdS[9]、BiOBr[10-11]、BiOI等,其中BIOI因其無毒、環(huán)保等優(yōu)勢也備受關(guān)注[13],BiOI被認(rèn)為是最有潛力的光催化劑之一[12].

BiOI的晶體結(jié)構(gòu)表明 [Bi2O2]2+層鑲嵌在兩層 I2-中間,其結(jié)構(gòu)使其具有狹窄的波段間隙,通常用作可見光催化劑,可以在可見光照射下激活[14-15]. Dai等人[16]詳細(xì)研究了 BiOI 晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性,Huang等人[17]使用 DFT 方法計(jì)算了 BIOX(X = F、Cl、Br、I) 的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性,Long等人[13]合成多孔分層 BiOI 納米結(jié)構(gòu),羅丹明B(RHB)的去除率達(dá)到 98.7%,表明其形態(tài)和結(jié)構(gòu)對BiOI的光催化性能有重要影響. 前期研究表明光催化發(fā)生在BiOI表面,裸露的晶體表面性質(zhì)在光催化效率方面起著重要作用. Ye等人[14]合成了具有(001)和(100)暴露面的BiOI,實(shí)驗(yàn)表明BIOI(001)對CO和CH4的產(chǎn)量分別為5.18 μmol h-1g-1和1.78 μmol h-1g-1,而BIOI(100)對CO和CH4的產(chǎn)量分別為1.52 μmol h-1g-1和1.50 μmol h-1g-1. Shan等人[15]通過簡單的化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)成功制備了BiOI,實(shí)驗(yàn)表明,具有(001)暴露面的BiOI有利于增強(qiáng)可見光催化,此外,Zhang等人[18]使用 DFT 計(jì)算來研究 BiOX (X = F、Cl、Br、I)(001)、(110)和(010)面的光催化特性,發(fā)現(xiàn)表面為X原子的 (001) 面具有極高的熱力學(xué)穩(wěn)定性,Kong等人[19]發(fā)現(xiàn),表面為I原子的BIOI(001)(1I-BiOI)的表面能最低.

研究表明雖然 1I-BiOI(001)的光催化性能高于BiOI塊體,但仍達(dá)不到應(yīng)用的要求,對此有研究……

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