通过可控的氧空位增强BiOBr纳米片可见光催化NO氧化性能

• 作者: 孙明禄 孙艳娟 廖佳珍 曾晓岚 董帆 陈侣存 雷奔
• 来源期刊: 催化学报
• 关键词: BiOBr纳米片 氧空位 原位红外 转化路径 NO氧化
• 年，卷（期）: 2018,（4）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 779-789,中插13-中插15
• 页数: 12页
• 字数: 1523字
• 语种: 中文
• DOI: 10.1016/S1872-2067(18)63056-6

摘要

BiOBr 具有独特的层状纳米结构和合适的可调节的能带结构, 因而广泛应用于光催化领域中. 但其可见光催化效率仍需要进一步提高. 最近, 氧空位调控技术广泛应用于光催化剂改性中. 本文研采用溶剂热法 (采用水/乙二醇溶液) 合成了一系列具有氧空位的 BiOBr 纳米片. 通过改变水/乙二醇的比例调节 BiOBr 氧空位的量和晶面, 以增强其可见光催化活性. 虽然有关氧空位在光催化中的作用已有研究, 但氧空位对电荷转移和反应物活化影响的机理仍不清楚. 因此, 本文采用 X 射线衍射、扫描电镜、透射电镜、荧光光谱 (PL)、紫外-可见漫反射光谱 (UV-Vis DRS)、电子自旋共振 (ESR)、电子顺磁共振 (EPR) 和比表面积-孔结构 (BET-BJH) 分析等手段考察了含有氧空位的 BiOBr 纳米片的物理化学性质, 通过原位红外光谱研究了样品可见光催化氧化 NO 的转化路径及反应机理. 同时结合密度泛函理论 (DFT) 计算进一步揭示氧空位对电子激发、电子-空穴分离和转移、以及光催化氧化反应过程的影响.表征结果表明, 采用水/乙二醇混合溶液的方法制得了 BiOBr 样品 (BOB, BOB-1C, BOB-2C, 和BOB-3C), 其表面氧空位随着混合溶液中乙二醇溶液的增加而增加. 另外, BiOBr 样品均呈纳米片层状, 且随着乙二醇溶液的增加, BiOBr 纳米片逐渐组装成紧密结合的球状结构. BET-BJH 测试结果显示, BOB-3C 的比表面积 (15.34 m2/g) 显著高于 BOB(1.1 m2/g). UV-Vis DRS 结果表明, BOB-3C 具有比 BOB 更良好的可见光吸收能力. 可见光催化去除 NO 的测试结果表明, BOB-3C的光催化活性 (38.9%) 明显高于 BOB(4.1%). ESR 研究发现, BOB-3C 能产生比 BOB 更多的活性氧化物种 (·O-自由基和·OH 自由基). 由此可见, 因表面氧空位浓度的变化, 而使 BOB 和 BOB-3C 表现出不同的理化特性. 同时 DFT 计算也印证了光催化过程中氧空位对氧气吸附活化、NO 吸附氧化和能带结构的影响. 可见光催化氧化 NO 的原位红外光谱表明, BOB-3C 与 BOB 相比, 光催化氧化 NO 的转化路径发生了变化, 表明氧空位对 NO 氧化起到了促进作用.氧空位在光催化中表现出多功能性, 包括引入中间能级以增强光吸收, 促进电子转移, 充当催化反应和氧分子活化的活性位点, 促进反应产物转化为最终产物, 从而增强样品可见光光催化效率. 为揭示氧空位在光催化剂中的作用和光催化NO 氧化机理提供了新的思路.