增強含氧自由基的產(chǎn)生和NO去除選擇性的超穩定Bi4O5Br2

文章簡(jiǎn)介：

隨著(zhù)工業(yè)化的蓬勃發(fā)展，大氣環(huán)境中NOx的迅速增加引起了世界各國科研人員的密切關(guān)注和憂(yōu)慮，“NOx”包括多種化合物，一般指NO和NO2的混合物，它們是氮氧化物家族中常見(jiàn)的污染氣體分子。

人們普遍認為，燃煤燃燒和汽車(chē)尾氣排放的大量NOx已造成直接和嚴重的環(huán)境問(wèn)題，如光化學(xué)煙霧、酸雨和臭氧消耗，以及人類(lèi)的健康問(wèn)題。因此，氮氧化物濃度已成為評價(jià)空氣質(zhì)量水平的重要指標之一。盡管各種傳統處理方法（如物理吸附、生物過(guò)濾和熱催化）已用于NOx排放控制和去除，但有效去除低濃度如ppb水平的NOx仍存在巨大挑戰性，需要進(jìn)行深入和系統的研究。

近年來(lái)，半導體光催化作為一種綠色可持續的空氣污染治理技術(shù)，因其操作簡(jiǎn)易、性能突出、反應條件溫和且不用外加氧化劑等特點(diǎn)而備受關(guān)注。光催化氧化去除低濃度NO被認為是大氣環(huán)境治理的一種有效措施。然而，NO的光催化氧化不可避免地生成比毒性更強的中間體NO2，NO2產(chǎn)生量太多則會(huì )抵消NO去除的總體去除效率。

為盡量避免這種情況，可對光催化體系進(jìn)行設計與改進(jìn)以限制有毒NO2的形成和排放。已有不少光催化體系的改性方法報道，如貴金屬沉積、缺陷工程、堿金屬摻雜以及半導體/半導體復合等，但避免有毒副產(chǎn)物NO2的形成和排放的光催化系統的設計仍然是NO去除方面的一個(gè)巨大挑戰。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本研究通過(guò)一種簡(jiǎn)易的陰離子交換途徑構筑了Bi4O5Br2/Bi2S3復合材料，即在室溫下將純Bi4O5Br2（BB）在二硫化碳中直接分散硫化。分析表征結果證實(shí)原位形成的Bi2S3（BS）與BB緊密結合形成了n-p異質(zhì)結構。

可見(jiàn)光下與BB相比，盡管n-p異質(zhì)復合材料BB-BS的光催化去除NO的效果幾乎相同，但其N(xiāo)Ox去除和NO2−/NO3−生成選擇性明顯升高。其中最佳復合樣品BB-BS60對NOx的去除率是BB的1.5倍，但NO2−/NO3−生成選擇性能從BB的從60%提升到BB-BS60的90%，這也說(shuō)明NO2的形成被顯著(zhù)抑制。其中NO2−/NO3−的生成可以通過(guò)FT-IR光譜和XPS分析證實(shí)。本文系統地討論了光催化性能和NO2−/NO3−生成選擇性的變化，主要歸因于體系通過(guò)Z-scheme的n-p異質(zhì)結構能顯著(zhù)促進(jìn)可見(jiàn)光吸收增強以及界面載流子的分離和活性氧化自由基·OH和·O2−的生成。

這些結構超穩定的復合材料可以連續使用五次，不需要表面清潔也能很好保持光催化性能。這項工作有助于在鉍系材料表面簡(jiǎn)易引入窄帶隙半導體如硫化鉍形成異質(zhì)復合體系，顯著(zhù)改善NOx的去除以及有效避免毒性中間產(chǎn)物NO2的形成或排放。