物理化学学报 >> 2022, Vol. 38 >> Issue (7): 2111008.doi: 10.3866/PKU.WHXB202111008
所属专题: 异质结光催化材料
朱弼辰1, 洪小洋1, 唐丽永1,*(), 刘芹芹1, 唐华2,*()
收稿日期:
2021-11-04
录用日期:
2021-12-01
发布日期:
2021-12-06
通讯作者:
唐丽永,唐华
E-mail:1000003184@mail.ujs.edu.cn;huatang79@163.com
作者简介:
第一联系人:† Contributed to this work equally.
基金资助:
Bichen Zhu1, Xiaoyang Hong1, Liyong Tang1,*(), Qinqin Liu1, Hua Tang2,*()
Received:
2021-11-04
Accepted:
2021-12-01
Published:
2021-12-06
Contact:
Liyong Tang,Hua Tang
E-mail:1000003184@mail.ujs.edu.cn;huatang79@163.com
About author:
Email: huatang79@163.com (H.T.)Supported by:
摘要:
S型异质结不但可以提高载流子的分离效率,还可以维持较强的氧化还原能力。因此,构建S型异质是提高光催化二氧化碳还原反应的有效途径。本研究通过静电自组装法构建了具有近红外光响应(> 780 nm)的二维BiOBr0.5Cl0.5纳米片和一维WO3纳米棒S型异质结光催化剂,并用于高效还原二氧化碳。能带位置和界面电子相互作用的综合分析表明:在光催化二氧化碳还原反应过程中,BiOBr0.5Cl0.5/WO3遵循S型电子转移路径;不仅提高了载流子的高效分离,还维持了两相(BiOBr0.5Cl0.5和WO3)较高的氧化还原能力。此外,二维纳米片/一维纳米棒的结构使得半导体之间具备良好的界面接触,有利于载流子的分离,且暴露更多的活性位点,最终提高催化效率。结果显示,BiOBr0.5Cl0.5/WO3异质结催化剂表现出较高的CO2还原能力和CO选择性,CO的产率高达16.68 μmol∙g-1∙h-1,分别是BiOBr0.5Cl0.5的1.7倍和WO3的9.8倍。本工作为构建S型二维/一维异质结光催化剂高效还原二氧化碳提供了新的思路。
朱弼辰, 洪小洋, 唐丽永, 刘芹芹, 唐华. 二维/一维BiOBr0.5Cl0.5/WO3 S型异质结助力光催化CO2还原[J]. 物理化学学报, 2022, 38(7), 2111008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202111008
Bichen Zhu, Xiaoyang Hong, Liyong Tang, Qinqin Liu, Hua Tang. Enhanced Photocatalytic CO2 Reduction over 2D/1D BiOBr0.5Cl0.5/WO3 S-Scheme Heterostructure[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38(7), 2111008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202111008
1 | Li Y. F. ; Zhang M. ; Zhou L. ; Yang S. J. ; Wu Z. S. ; Ma Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin 2021, 37, 2009030. |
李云锋; 张敏; 周亮; 杨思佳; 武占省; 马玉花; 物理化学学报, 2021, 37, 2009030.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202009030 |
|
2 | Fei X. G. ; Tan H. Y. ; Cheng B. ; Zhu B. C. ; Zhang L. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2010027. |
费新刚; 谭海燕; 程蓓; 朱必成; 张留洋; 物理化学学报, 2021, 37, 2010027.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202010027 |
|
3 | Wageh S. ; Al-Ghamdi A. A. ; Liu L. J. Acta Phys. -Chim. Sin 2021, 37, 2010024. |
WagehS.; Al-GhamdiA. A.; 刘丽君; 物理化学学报, 2021, 37, 2010024.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202010024 |
|
4 | Wang Z. J. ; Hong J. J. ; Ng S.-F. ; Liu W. ; Huang J. J. ; Chen P. F. ; Ong W.-J. Acta Phys. -Chim. Sin 2021, 37, 2011033. |
王则鉴; 洪佳佳; NgS.-F.; 刘雯; 黄俊杰; 陈鹏飞; OngW.-J.; 物理化学学报, 2021, 37, 2011033.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202011033 |
|
5 |
Liu Q. Q. ; He X. D. ; Peng J. J. ; Yu X. H. ; Tang H. ; Zhang J. Chin. J. Catal. 2021, 42, 1478.
doi: 10.1016/s1872-2067(20)63753-6 |
6 |
Wang Z. L. ; Chen Y. F. ; Zhang L. Y. ; Cheng B. ; Yu J. G. ; Fan J. J. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 56, 143.
doi: 10.1016/j.jmst.2020.02.062 |
7 |
Li K. Y. ; Chen J. ; Ao Y. H. ; Wang P. F. Sep. Purif. Technol. 2021, 259, 118177.
doi: 10.1016/j.seppur.2020.118177v |
8 |
Mu R. H. ; Ao Y. H. ; Wu T. F. ; Wang C. ; Wang P. F. J. Alloys Compd 2020, 812, 151990.
doi: 10.1016/j.jallcom.2019.151990 |
9 |
Zhang Y. ; Qin H. N. ; Li B. L. ; Wu B. Chin. J. Struc. Chem. 2021, 40, 595.
doi: 10.14102/j.cnki.0254-5861.2011-2989 |
10 |
Che H. N. ; Gao X. ; Chen J. ; Hou J. ; Ao Y. H. ; Wang P. F. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2.
doi: 10.1002/anie.202111769 |
11 |
Liu X. T. ; Gu S. N. ; Zhao Y. J. ; Zhou G. W. ; Li W. J. J. Mater. Sci. Technol 2020, 56, 45.
doi: 10.1016/j.jmst.2020.04.023 |
12 |
Zhang J. Y. ; Liao H. G. ; Sun S. G. Chin. J. Struc. Chem 2020, 39, 1019.
doi: 10.14102/j.cnki.0254-5861.2011-2553 |
13 |
Han S. T. ; Li W. Y. ; Xi H. L. ; Yuan R. S. ; Long J. L. ; Xu C. J. Hazard. Mater. 2021, 423, 127012.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.127012v |
14 |
Li D. S. ; Huang Y. ; Li S. M. ; Wang C. H. ; Li Y. Y. ; Zhang X. T. ; Liu Y. C. Chin. J. Catal. 2021, 41, 154.
doi: 10.1016/s1872-2067(19)63475-3 |
15 |
Lu Y. ; Fan D. Q. ; Wang Y. D. ; Xu H. L. ; Lu C. H. ; Yang X. F. ACS Nano 2021, 15, 10366.
doi: 10.1021/acsnano.1c02578 |
16 |
Sayed M. ; Zhu B. C. ; Kuang P. Y. ; Liu X. Y. ; Cheng B. ; Ghamdi A. A. A. ; Wageh S. ; Zhang L. Y. ; Yu J. G. Adv. Sust. Syst. 2021, 2100264.
doi: 10.1002/adsu.202100264 |
17 |
Wang L. B. ; Cheng B. ; Zhang L. Y. ; Yu J. G. Small 2021, 17, 2103447.
doi: 10.1002/smll.202103447 |
18 |
Lin H. ; Ma Z. Y. ; Zhao J. W. ; Liu Y. ; Chen J. Q. ; Wang J. H. ; Wu K. F. ; Jia H. P. ; Zhang X. M. ; Cao X. H. ; et al Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 1235.
doi: 10.1002/anie.202009267 |
19 |
Zhang L. ; Xiao W. P. ; Zhang Y. ; Han F. Y. ; Yang X. F. Compos. Commun. 2021, 26, 100792.
doi: 10.1016/j.coco.2021.100792 |
20 |
Wang J. F. ; Chen J. ; Wang P. F. ; Hou J. ; Wang C. ; Ao Y. H. Appl. Catal. B Environ. 2018, 239, 578.
doi: 10.1016/j.apcatb.2018.08.048 |
21 |
Zhou S. Q. ; Wang Y. ; Zhou K. ; Ba D. Y. ; Ao Y. H. ; Wang P. F. Chin. Chem. Lett. 2021, 32, 2179.
doi: 10.1016/j.cclet.2020.12.002 |
22 |
Wageh S. ; Al-Ghamdi A. A. ; Rashida J. ; Li X. ; Zhang P. Chin. J. Catal. 2021, 42, 667.
doi: 10.1016/S1872-2067(20)63705-6 |
23 |
Fan D. Q. ; Lu Y. ; Zhang H. ; Xu H. L. ; Lu C. H. ; Tang Y. C. ; Yang X. F. Appl. Catal. B Environ. 2021, 295, 120285.
doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120285 |
24 |
Liu L. Z. ; Hu T. P. ; Dai K. ; Zhang J. F. ; Liang C. H. Chin. J. Catal. 2021, 42, 46.
doi: 10.1016/s1872-2067(20)63560-4 |
25 |
Wang R. ; Shen J. ; Sun K. H. ; Tang H. ; Liu Q. Q. Appl. Surf. Sci. 2019, 493, 1142.
doi: 10.1016/j.apsusc.2019.07.121 |
26 |
Lu Y. ; Zhang H. ; Fan D. Q. ; Chen Z. P. ; Yang X. F. J. Hazard. Mater. 2021, 423, 127128.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.127128 |
27 |
Liu X. ; Zhao Y. X. ; Yang X. F. ; Liu Q. Q. ; Yu X. H. ; Li Y. Y. ; Tang H. ; Zhang T. R. Appl. Catal. B Environ. 2020, 275, 119144.
doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119144 |
28 |
Yan S. W. ; Song H. J. ; Li Y. ; Yang J. ; Jia X. H. ; Wang S. Z. ; Yang X. F. Appl. Catal. B Environ. 2022, 301, 120820.
doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120820 |
29 |
Xie Q. ; He W. N. ; Liu S. W. ; Li C. H. ; Zhang J. F. ; Wong P. K. Chin. J. Catal. 2020, 41, 140.
doi: 10.1016/s1872-2067(19)63481-9 |
30 | Wang L. ; Zhu C. L. ; Yin L. S. ; Huang W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1907001. |
王梁; 朱澄鹭; 殷丽莎; 黄维; 物理化学学报, 2020, 36, 1907001.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201907001 |
|
31 |
Sayed M. ; Xu F. Y. ; Kuang P. Y. ; Low J. X. ; Wang S. Y. ; Zhang L. Y. ; Yu J. G. Nat. Commun. 2021, 12, 4936.
doi: 10.1038/s41467-021-26467-6 |
32 |
Prasad C. ; Tang H. ; Liu Q. Q. ; Bahadur I. ; Karlapudi S. ; Jiang Y. J. Int. J. Hydrog. Energy 2020, 45, 337.
doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.07.070 |
33 |
Kuang P. Y. ; Wang Y. R. ; Zhu B. C. ; Xia F. J. ; Tung C. W. ; Wu J. S. ; Chen H. M. ; Yu J. G. Adv. Mater. 2021, 33, 2008599.
doi: 10.1002/adma.202008599 |
34 |
Bie C. B. ; Yu H. G. ; Cheng B. ; Ho W. K. ; Fan J. J. ; Yu J. G. Adv. Mater. 2021, 33, 2003521.
doi: 10.1002/adma.202003521 |
35 |
Tao J. N. ; Yu X. H. ; Liu Q. Q. ; Liu G. W. ; Tang H. J. Colloid Interface Sci. 2021, 585, 470.
doi: 10.1016/j.jcis.2020.10.028 |
36 |
Wang R. ; Shen J. ; Zhang W. J. ; Liu Q. Q. ; Zhang M. Y. ; Zulfiqar; ; Tang H. Ceram. Int. 2020, 46, 23.
doi: 10.1016/j.ceramint.2019.08.226 |
37 |
Wu J. ; Xie Y. ; Ling Y. ; Si J. C. ; Li X. ; Wang J. L. ; Ye H. ; Zhao J. S. ; Li S. Q. ; Zhao Q. D. ; et al Chem. Eng. J. 2020, 400, 125944.
doi: 10.1016/j.cej.2020.125944 |
38 |
Zhang Z. Y. ; Chi M. F. ; Veith G. M. ; Zhang P. F. ; Lutterman D. A. ; Rosenthal J. ; Overbury S. T. ; Dai S. ; Zhu H. Y. ACS Catal. 2016, 6, 6255.
doi: 10.1021/acscatal.6b01297 |
39 |
Han L. L. ; Song S. J. ; Liu M. J. ; Yao S. Y. ; Liang Z. X. ; Cheng H. ; Ren Z. H. ; Liu W. ; Lin R. Q. ; Qi G. C. ; et al J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 12563.
doi: 10.1021/jacs.9b12111 |
40 |
Jia X. M. ; Han Q. F. ; Wang X. ; Zhu J. W. Photochem. Photobiol. 2018, 94, 942.
doi: 10.1111/php.12943 |
41 |
Wilczewska P. ; Bielicka-Giełdoń A. ; Borzyszkowska A. F. ; Ryl J. ; Klimczuk T. ; Siedlecka E. M. J. Photochem. Photobiol. A Chem. 2019, 382, 111932.
doi: 10.1016/j.jphotochem.2019.111932 |
42 |
Liu Y. Y. ; Son W. J. ; Lu J. B. ; Huang B. B. ; Dai Y. ; Whangbo M. H. Chem. Eur. J. 2011, 17, 9342.
doi: 10.1002/chem.201100952 |
43 |
Bao Y. P. ; Lee W. J. ; Guan C. T. ; Liang Y. N. ; Lim T. T. ; Hu X. J. Mater. Chem. B 2021, 9, 3079.
doi: 10.1016/j.seppur.2021.119203 |
44 |
Sanaa S. K. ; Vladimir U. ; Yulia K. ; Ella M. ; Inna P. ; Yoel S. Catal. Commun. 2011, 12, 1136.
doi: 10.1016/j.catcom.2011.03.014 |
45 |
Zhang B. ; Ji G. B. ; Liu Y. S. ; Gondal M. A. ; Chang X. F. Catal. Commun. 2013, 36, 25.
doi: 10.1016/j.catcom.2013.02.021 |
46 |
Li Y. ; Zheng X. N. ; Yang J. ; Zhao Z. H. ; Cui S. H. J. Taiwan Inst. Chem. E 2021, 119, 213.
doi: 10.1016/j.jtice.2021.02.014 |
47 |
Zhang M. ; Cheng J. ; Xuan X. X. ; Zhou J. H. ; Cen K. F. Chem. Eur. J. 2017, 322, 22.
doi: 10.1016/j.cej.2017.03.126 |
48 |
Pan Y. X. ; You Y. ; Xin S. ; Li Y. T. ; Fu G. T. ; Cui Z. M. ; Men Y. L. ; Cao F. F. ; Yu S. H. ; Goodenough J. B. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4123.
doi: 10.1021/jacs.7b00266 |
49 |
Gu S. S. ; Marianov A. N. ; Xu H. M. ; Jiang Y. J. J. Mater. Sci. Technol. 2021, 80, 20.
doi: 10.1016/j.jmst.2020.09.053 |
50 |
Tang H. ; Xia Z. H. ; Chen R. ; Liu Q. Q. ; Zhou T. H. Chem. Asian J. 2020, 15, 3456.
doi: 10.1002/asia.202000912 |
51 |
Hong X. Y. ; Yu X. H. ; Wang L. L. ; Liu Q. Q. ; Sun J. F. ; Tang H. Inorg. Chem. 2021, 60, 12506.
doi: 10.1021/acs.inorgchem.1c01716 |
52 |
Tahir M. ; Tahir B. J. Mater. Sci. Technol. 2022, 106, 195.
doi: 10.1016/j.jmst.2021.08.019 |
53 |
Liu D. N. ; Chen D. Y. ; Li N. J. ; Xu Q. F. ; Li H. ; He J. H. ; Lu M. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 133, 1521.
doi: 10.1002/ange.201914949 |
54 |
Dehkordi A. B. ; Ziarati A. ; Ghasemi J. B. ; Badiei A. Sol. Energy 2020, 205, 465.
doi: 10.1016/j.solener.2020.05.071 |
55 |
Xu Q. L. ; Zhang L. Y. ; Cheng B. ; Fan J. J. ; Yu J. G. Chem 2020, 6, 1543.
doi: 10.1016/j.chempr.2020.06.010 |
56 |
Liu Q. Q. ; He X. D. ; Tao J. N. ; Tang H. ; Liu Z. Q. ChemNanoMat. 2021, 7, 44.
doi: 10.1002/cnma.202000536 |
57 |
Peng J. J. ; Shen J. ; Yu X. H. ; Tang H. ; Zulfiqar ; Liu Q. Q. Chin. J. Catal. 2021, 42, 87.
doi: 10.1016/S1872-2067(20)63595-1 |
58 |
Xu F. Y. ; Meng K. ; Cheng B. ; Wang S. Y. ; Xu J. S. ; Yu J. G. Nat. Commun. 2020, 11, 4613.
doi: 10.1038/s41467-020-18350-7 |
59 |
Girish K. S. ; Koteswara R. K. S. R. Appl. Surf. Sci. 2015, 355, 939.
doi: 10.1016/j.apsusc.2015.07.003 |
60 |
Wang L. L. ; Tang G. G. ; Liu S. ; Dong H. L. ; Liu Q. Q. ; Sun J. F. ; Tang H. Chem. Eng. J. 2022, 428, 131338.
doi: 10.1016/j.cej.2021.131338 |
61 |
Xia Y. ; Tian Z. H. ; Heil T. ; Meng A. ; Cheng B. ; Cao S. W. ; Yu J. G. ; Antonietti M. Joule 2019, 3, 2792.
doi: 10.1016/j.joule.2019.08.011 |
62 |
Ye L. ; Wen Z. H. Int. J. Hydrog. Energy 2019, 44, 3751.
doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.12.093 |
63 |
Gao M. C. ; Yang J. X. ; Sun T. ; Zhang Z. Z. ; Zhang D. F. ; Huang H. J. ; Lin H. X. ; Fang Y. ; Wang X. X. Appl. Catal. B Environ. 2019, 243, 734.
doi: 10.1016/j.apcatb.2018.11.020 |
64 |
Tang M. L. ; Ao Y. H. ; Wang P. F. ; Wang C. J. Hazard. Mater. 2020, 387, 121713.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.121713 |
65 |
Wang S. L. ; Zhu Y. ; Luo X. ; Huang Y. ; Chai J. W. ; Wong T. I. ; Xu G. Q. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705357.
doi: 10.1002/adfm.201705357 |
66 |
Fu J. W. ; Xu Q. L. ; Low J. X. ; Jiang C. J. ; Yu J. G. Appl. Catal. B Environ. 2019, 243, 556.
doi: 10.1016/j.apcatb.2018.11.011 |
67 |
Liu Q. Q. ; Huang J. X. ; Tang H. ; Yu X. H. ; Shen J. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 56, 196.
doi: 10.1016/j.jmst.2020.04.026 |
68 |
Manthiram K. ; Alivisatos A. P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3995.
doi: 10.1021/ja211363w |
69 |
An Z. ; Zhou T. H. Chin. J. Struc. Chem 2019, 38, 644.
doi: 10.14102/j.cnki.0254-5861.2011-2112 |
70 |
Ma B. R. ; Xin S. S. ; Xin Y. J. ; Ma X. M. ; Zhang C. L. ; Gao M. C. ; Ma F. ; Ma Y. M. Sep. Purif. Technol. 2021, 268, 1383.
doi: 10.1016/j.seppur.2021.118699 |
71 |
Sun H. G. ; Tian Z. X. ; Zhou G. L. ; Zhang J. M. ; Li P. Appl. Surf. Sci. 2019, 469, 125.
doi: 10.1016/j.apsusc.2018.11.006 |
[1] | 曹玥晗, 郭瑞, 马敏智, 黄泽皑, 周莹. 活性位点电子密度变化对光催化CO2活化和选择转化的影响[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303029 - . |
[2] | 陈瑶, 陈存, 曹雪松, 王震宇, 张楠, 刘天西. CO2和N2电还原中缺陷及界面工程的最新进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2212053 -0 . |
[3] | 昝忠奇, 李喜宝, 高晓明, 黄军同, 罗一丹, 韩露. 0D/2D碳氮量子点(CNQDs)/BiOBr复合的S型异质结高效光催化降解和产H2O2[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2209016 - . |
[4] | 张怡宁, 高明, 陈松涛, 王会琴, 霍鹏伟. Ag/CN/ZnIn2S4 S型异质结等离子体光催化剂的制备及其增强光还原CO2研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2211051 - . |
[5] | 罗铖, 龙庆, 程蓓, 朱必成, 王临曦. Pt-C3N4/BiOCl S型异质结应用于光催化CO2还原的理论计算研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212026 - . |
[6] | 张珂瑜, 李云锋, 袁仕丹, 张洛红, 王倩. S型异质结H2O2光催化剂的研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212010 - . |
[7] | 李景学, 于跃, 徐斯然, 闫文付, 木士春, 张佳楠. 电子自旋效应在电催化剂中的作用[J]. 物理化学学报, 2023, 39(12): 2302049 - . |
[8] | 彭芦苇, 张杨, 何瑞楠, 徐能能, 乔锦丽. 电催化二氧化碳还原催化剂、电解液、反应器和隔膜研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(12): 2302037 - . |
[9] | 张利君, 吴有林, Tsubaki Noritatsu, 靳治良. CeO2-Cu2O 2D/3D S型异质结界面促进有序电荷转移以实现高效光催化析氢[J]. 物理化学学报, 2023, 39(12): 2302051 - . |
[10] | 董金涛, 季赛楠, 张屹, 季梦夏, 王彬, 李英杰, 陈志刚, 夏杰祥, 李华明. 构筑Z型MnO2/BiOBr异质结用于光催化环丙沙星去除和CO2还原[J]. 物理化学学报, 2023, 39(11): 2212011 - . |
[11] | 刘珊池, 王凯, 杨梦雪, 靳治良. Mn0.2Cd0.8S@CoAl LDH S-型异质结构建及其光催化析氢性能研究[J]. 物理化学学报, 2022, 38(7): 2109023 - . |
[12] | 韩高伟, 徐飞燕, 程蓓, 李佑稷, 余家国, 张留洋. 反蛋白石结构ZnO@PDA用于增强光催化产H2O2性能[J]. 物理化学学报, 2022, 38(7): 2112037 - . |
[13] | 王文亮, 张灏纯, 陈义钢, 史海峰. 具有光催化与光芬顿反应协同作用的2D/2D α-Fe2O3/g-C3N4 S型异质结用于高效降解四环素[J]. 物理化学学报, 2022, 38(7): 2201008 - . |
[14] | 宋雨珂, 谢文富, 邵明飞. 一体化电极电催化二氧化碳还原研究进展[J]. 物理化学学报, 2022, 38(6): 2101028 - . |
[15] | 杜亚东, 孟祥桐, 汪珍, 赵鑫, 邱介山. 石墨烯基二氧化碳电化学还原催化剂的研究进展[J]. 物理化学学报, 2022, 38(2): 2101009 - . |
|