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三維分級n-p異質(zhì)結(jié)構(gòu)Bi4O5Br2-MnO2
閱讀：1496 發(fā)布時間：2022-11-191. 文章信息
標(biāo)題：Strengthened photocatalytic removal of bisphenol a by robust 3D hierarchical n-p heterojunctions Bi4O5Br2-MnO2 via boosting oxidative radicals generation
頁碼：Chemical Engineering Journal, 2022: 131223.
2. 文章鏈接
專用鏈接：
https://www.sciencedirect。。ｃｏｍ/science/article/pii/S1385894721028047
3．期刊信息
期刊名：Chemical Engineering Journal
ISSN：1385-8947
影響因子：16.744
分區(qū)信息：中科院一區(qū)Top; JCR分區(qū)（Q1）
涉及研究方向：工程技術(shù): 化工；環(huán)境
4. 作者信息：上海理工大學(xué)常飛（第一作者，第一通訊作者），胡學(xué)鋒（第二通訊作者）
5. 光源型號：北京中教金源（CEL-HXF300, Aulight）（300 W氙燈，可見光）、全光譜光功率計（CEL-NP2000-2, Aulight）
所有人都知道，化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展和化學(xué)品使用的急劇增加導(dǎo)致了環(huán)境中各種激素的出現(xiàn)且濃度逐漸提高。這些激素很容易在某些生物體中積累，并在一定程度上威脅人類健康，即使在水環(huán)境中其含量相當(dāng)?shù)汀Ｔ谶@些激素中，雙酚A是一種典型的內(nèi)分泌干擾物，也是世界上使用廣泛的工業(yè)原料之一，主要用于生產(chǎn)功能性聚合物、增塑劑、阻燃劑、抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑等。
水中的雙酚A分子容易進(jìn)入人體，對生殖造成毒性影響，并增加致癌、多動癥和孤獨癥以及兒童肥胖等風(fēng)險。因此，對雙酚A的控制和處理成為了一個日益關(guān)注的問題。與傳統(tǒng)的處理方法如膜、反滲透和吸附技術(shù)相比，半導(dǎo)體光催化技術(shù)具有很多的優(yōu)點和特點，可以在溫和的條件下有效去除低濃度的雙酚A分子，已引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。
設(shè)計和構(gòu)筑具有優(yōu)異微觀結(jié)構(gòu)和形貌特點的光催化體系對于提高環(huán)境激素的去除率至關(guān)重要。具有合適能帶結(jié)構(gòu)的n型和p型半導(dǎo)體的復(fù)合有利于通過內(nèi)建電場顯著增強光生載流子的分離，同時也能拓展光響應(yīng)范圍。Bi4O5Br2是一種具有良好雙酚A去除能力的n型半導(dǎo)體，需要另外一種窄帶隙的p-型半導(dǎo)體MnO2進(jìn)行復(fù)合改性以構(gòu)筑n-p異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
如果復(fù)合體系遵從Z-scheme過程，不僅可以獲得更多的光生載流子，而且可以通過在不同組分中相鄰導(dǎo)帶和價帶的電子和空穴的復(fù)合獲得具有更強氧化還原電位的載流子，并進(jìn)一步增強體系的光催化去除能力。因此，本研究選擇了n型的Bi4O5Br2和p型的MnO2半導(dǎo)體材料，采用簡易的一鍋法構(gòu)筑了具有三維分級結(jié)構(gòu)的復(fù)合異質(zhì)體系Bi4O5Br2-MnO2。
體系的微觀結(jié)構(gòu)和形貌分析證實材料中同時存在兩種預(yù)期組分，并且這些異質(zhì)復(fù)合材料在可見光下顯著改善了雙酚A的光催化去除性能。其中，最佳復(fù)合樣品0.5 MB具有最大的表觀反應(yīng)速率常數(shù)11.03×10?3min?1，約為純Bi4O5Br2和機械混合物0.5 MB的3.89倍和1.81倍，這主要歸因于增強的可見光吸收、組合而成的良好形貌、合適的化學(xué)組成，以及通過n-p異質(zhì)區(qū)域有效分離的光生載流子和相應(yīng)氧化自由基的生成。
探討了其他可能影響光催化降解性能的因素，如催化劑用量、BPA初始濃度、pH值和無機陰離子的參與。另外，通過GC-MS分析檢測到一些中間體產(chǎn)物，以推測體系中雙酚A光催化降解途徑。最后，證實了體系具有良好的可重復(fù)用性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，光催化機理為Z-scheme過程。本研究有助于通過具有三維分級形貌的鉍基n-p異質(zhì)復(fù)合體系在溫和條件下有效光催化去除環(huán)境激素。
Bi4O5Br2和復(fù)合物XRD譜(a); SEM 圖：Bi4O5Br2(b), MnO2(c), 0.5MB(d)和放大圖(e); 0.5MB SEM圖(f)和元素分布(g); 0.5MB的TEM(h)和HRTEM(i)
各種催化劑去除雙酚A(a), TOC和UV分析雙酚A溶液(b), 光電流(c)和化學(xué)電阻抗(d), 吸附測試(e)和180分鐘其他離子存在時的剩余的雙酚A(g)
MB復(fù)合物可能的光催化機理