Ag/AgCl/BiOIO3的光催化增强机制
光催化技术在解决环境污染和能源匮乏问题方面展现出巨大的应用潜力.最近, 一种新型Bi基光催化剂, BiOIO3, 表现出优异的紫外光催化性能. 它由层状[Bi2O2]2+和[IO3]−组装而成, 带隙为3.1 eV左右.然而, 其较大的带隙限制了其对太阳光的利用.近年来, 多种方法如金属掺杂、非金属掺杂、半导体复合、光敏化改性和加氢处理被用来提高半导体的光催化效率.其中, 以Ag/AgX (X = Cl, I和Br)作为助催化剂可提高体系的可见光吸收和载流子的分离能力, 从而增强光催化性能.基于此, 我们设计并合成了一种新型的三元光催化剂. 首先采用水热法合成了BiOIO3纳米片, 然后在室温条件下原位引进Ag/AgCl, 制备了Ag/AgCl/BiOIO3三元异质结构.与Ag/AgCl和纯的BiOIO3相比, 该三元Ag/AgCl/BiOIO3复合物光催化剂对NO表现出优异的可见光光催化去除性能.
在可见光照射下, Ag0因其表面等离子体吸收而产生电子空穴对. 由于功函数不同, Ag和BiOIO3之间形成肖特基势垒.电子从Ag0表面转移到BiOIO3的导带上, BiOIO3导带上电子的电势不足以把O2氧化成•O2−, 但电子能以多电子的形式与O2 和H+生成水.同时, Ag0表面的空穴能将AgCl表面的Cl−氧化成Cl0. 光照诱导AgCl表面的部分Ag+离子被还原, 所以AgCl粒子的表面带负电荷. Cl0是活性自由基, 能够氧化去除NO, 反应之后自身被还原成Cl−. 由此可见, 在三元复合光催化剂中, Ag0在可见光照射下因其表面等离子体效应产生电子空穴对, 随后BiOIO3有效地分离了光生载流子, 使得复合材料能有效地利用光生电子和空穴.故三元Ag/AgCl/BiOIO3复合物光催化剂增强的光催化性能可归结于Ag的表面等离子体吸收和BiOIO3的载流子分离能力. 该结果有助于设计和制备具有优异的光催化性能的BiOIO3基材料.