三維分級n-p異質(zhì)結構Bi4O5Br2-MnO2

1. 文章信息

標題：Strengthened photocatalytic removal of bisphenol a by robust 3D hierarchical n-p heterojunctions Bi4O5Br2-MnO2 via boosting oxidative radicals generation

頁(yè)碼：Chemical Engineering Journal, 2022: 131223.

2. 文章鏈接

專(zhuān)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

分區信息：中科院一區Top; JCR分區（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(jiàn)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致了環(huán)境中各種激素的出現且濃度逐漸提高。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(lèi)健康，即使在水環(huán)境中其含量相當低。在這些激素中，雙酚A是一種典型的內分泌干擾物，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(dòng)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(gè)日益關(guān)注的問(wèn)題。與傳統的處理方法如膜、反滲透和吸附技術(shù)相比，半導體光催化技術(shù)具有很多的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，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。

設計和構筑具有優(yōu)異微觀(guān)結構和形貌特點(diǎn)的光催化體系對于提高環(huán)境激素的去除率至關(guān)重要。具有合適能帶結構的n型和p型半導體的復合有利于通過(guò)內建電場(chǎng)顯著(zhù)增強光生載流子的分離，同時(shí)也能拓展光響應范圍。Bi4O5Br2是一種具有良好雙酚A去除能力的n型半導體，需要另外一種窄帶隙的p-型半導體MnO2進(jìn)行復合改性以構筑n-p異質(zhì)結構。

如果復合體系遵從Z-scheme過(guò)程，不僅可以獲得更多的光生載流子，而且可以通過(guò)在不同組分中相鄰導帶和價(jià)帶的電子和空穴的復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半導體材料，采用簡(jiǎn)易的一鍋法構筑了具有三維分級結構的復合異質(zhì)體系Bi4O5Br2-MnO2。

體系的微觀(guān)結構和形貌分析證實(shí)材料中同時(shí)存在兩種預期組分，并且這些異質(zhì)復合材料在可見(jiàn)光下顯著(zhù)改善了雙酚A的光催化去除性能。其中，最佳復合樣品0.5 MB具有最大的表觀(guān)反應速率常數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(jiàn)光吸收、組合而成的良好形貌、合適的化學(xué)組成，以及通過(guò)n-p異質(zhì)區域有效分離的光生載流子和相應氧化自由基的生成。

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(wú)機陰離子的參與。另外，通過(guò)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(shí)了體系具有良好的可重復用性和結構穩定性，光催化機理為Z-scheme過(guò)程。本研究有助于通過(guò)具有三維分級形貌的鉍基n-p異質(zhì)復合體系在溫和條件下有效光催化去除環(huán)境激素。