SrTiO3/BiOI异质结构:界面电荷分离、增强光催化活性和反应机理（英文）

异质结构光催化剂为实现高效的电荷分离,提高光催化性能提供了一种有效的途径.虽然宽禁带和窄禁带光催化剂已经得到了广泛的研究,但它们在接触界面上的电荷分离和转移规律尚未完全揭示.本文采用简便的方法成功地制备了一种新型SrTiO3/BiOI(STB)异质结构光催化剂.该光催化剂中的异质结构可以将光吸收扩展到可见光范围,从而在可见光照射下获得较高的光催化NO去除性能.实验和理论证据表明,BiOI光生电子可以通过预成型的电子传递通道直接转移到SrTiO3表面.XRD和XPS结果表明,SrTO3/BiOI复合材料已成功制备.SEM和TEM图像显示了SrTiO3,BiOI和STB样品的形貌.能量色散X射线(EDX)元素图清楚地表明SrTiO3均匀分布在BiOI纳米片表面,证实BiOI与SrTiO3形成了界面.高分辨率XPS表明,电子从BiOI中Bi和I原子转移到STB化合物中SrTO3的Sr和Ti原子.采用DFT进一步确定了BiOI与SrTiO3相互作用的机制.电子局域函数(ELF)表明,STB的接触界面存在共价相互作用.SrTiO3和BiOI之间生成的共价键导致局域化超额电子(e-ex)的积累.在可见光照射下,界面内的电子交换增强,从而提高反应物活化和ROS生成的效率.采用自制的连续流反应体系,研究了在可见光照射下制备的样品对NO去除的光催化性能.与SrTiO3和BiOI相比,STB具有显著增强的可见光光催化活性,去除率为59.0%.UV-vis DRS显示,STB异质结的光吸收扩展到可见光范围.SrTiO3具有可见光活性,这归因于EPR所描述的氧空位的存在.随后计算态密度(DOS),发现氧空位可以形成缺陷能级,降低激发电子所需的光能.利用ESR光谱发现,STB上的ESR信号强度都要强得多,说明STB异质结具有较好的氧化能力,也说明光生载流子可以通过电子传递通道被有效地分离.原位红外光谱表明,在SrTiO3上,NO主要转化为NO2.STB的加速电荷分离和转移特性,促进活性氧的生成,从而进一步有效地将有毒中间体NO2转化为目标产物.设计并制备的SrTiO3/BiOI异质结光催化剂在可见光辐照下净化空气中NO的效率提高,同时抑制了有毒中间体的生成.通过实验和理论相结合的方法揭示了在两种材料的接触界面上建立的电子传递通道.来自BiOI的光生电子可以通过预先形成的电子传递通道直接转移到SrTiO3表面,从而促进了ROS的生成,所以整体的NO纯化效率和对有毒中间体的抑制作用提高.综上,本文提出了一种简单、新颖的促进空气污染物高效安全净化的策略.     

具有独特电子结构的锌掺杂SnO2介导形成氧空位实现高效稳定的光催化降解甲苯

室内家具和工业生产排放的挥发性有机化合物(VOCs)是典型的空气污染物,对环境和人类健康造成严重威胁.然而,目前广泛应用的二氧化钛(P25)光催化剂在降解VOCs,尤其是降解芳香烃的过程中,存在光催化转化率低,失活快等问题.因此,开发具有高效和稳定性的新型光催化剂来降解VOCs,并将其实际应用是重要的科学问题.SnO₂是一种稳定无毒的半导体光催化剂,但电子和空穴的复合率较高.掺杂过渡金属离子后可以提供缺陷态来抑制催化剂电子空穴对的快速复合,促进界面电荷转移.相比其他金属离子,Zn²⁺与Sn⁴⁺的离子半径非常相近,因此Zn²⁺会很容易掺杂到SnO₂晶格中.并且用Zn²⁺取代Sn⁴⁺会形成表面修饰,即形成更多的氧空位(SOVs)来补偿正电荷.氧空位的存在不仅会产生缺陷能级,而且还可以促进大量局域电子的累积.SnO₂上氧空位和Zn掺杂结构的协同作用可以弥补单一的外源离子掺杂或产生氧空位的不足.因此,本文采用一种简便的一步法合成催化剂Zn-SnO₂,即在SnO₂上同时实现Zn掺杂和形成SOVs,利用两者对SnO₂的协同作用提高电荷转移和分离效率,使其在低或高相对湿度条件下均表现出高效、稳定的光催化降解甲苯性能.采用低温固态电子顺磁共振(EPR)检测了催化剂中的氧空位,在纯SnO₂中仅检测到弱的EPR信号,而Zn-SnO₂上的EPR信号非常强,表明Zn²⁺的掺杂诱导产生了大量的氧空位.扫描电镜和透射电镜结果表明,掺杂Zn²⁺可以有效抑制SnO₂纳米粒子的晶体生长和相变,使得掺杂Zn²⁺的SnO₂粒子的粒径显著减小,从而导致SOVs含量增加,此外粒径的减小有利于增大其比表面积,增加活性吸附位点.紫外可见漫反射结果表明,Zn-SnO₂拓宽了光吸收范围,这归因于锌掺杂和氧空位的协同作用.在紫外光照射下,Zn-SnO₂的光催化降解甲苯性能优于纯SnO₂和P25,降解率达到77.5%.ESR光谱结果表明,Zn-SnO₂上的电子自旋共振信号强度均强于纯SnO₂和P25,说明Zn-SnO₂具有较好的氧化能力,也与DFT计算O₂和H₂O的吸附能结果相吻合,表明了锌掺杂和SOVs对SnO₂的协同作用可以显著提高电荷转移和分离效率.最后,通过原位红外光谱和DFT计算方法对甲苯降解的机理进行了研究.结果表明,甲苯的苯环在纯SnO₂表面倾向于在苯甲酸阶段打开,在Zn-SnO₂表面更倾向于在苯甲醛阶段选择性地开环.可见,Zn-SnO₂光催化剂缩短了甲苯的降解路径,并能显著抑制中间毒副产物产生.综上,本工作提供了一种安全,高效和可持续的降解VOCs的光催化剂.     

A New Pillared-layer Framework with Co^Ⅱ 4-Triazole Magnetic Layer Exhibiting Strong Spin-frustration

One new coordination polymer, [Co4(H2 O)4(μ3-OH)2(atz)2(L)]n(1), was solvothermally prepared by the reaction of 3-amino-1,2,4-triazole(Hatz), 4,8-disulfonyl-2,6-naphthalenedicarboxylic acid(H4 L) and Co^Ⅱ salt. It crystallizes in monoclinic system, space group P21/c with a = 10.4454(7), b = 12.2214(8), c = 10.0818(7) ?, b = 102.284(7), V = 1257.56(15) ?~3, Dc = 2.325 g/cm^3, Mr = 880.24, Z = 2, F(000) = 880, μ = 2.859 mm^-1, the final R = 0.0426 and wR = 0.0822 for 5526 observed reflections with I > 2σ(I). Structural analyses indicate that 1 exhibits a three-dimensional(3 D) pillared-layer framework with triazolate extended Co4^Ⅱ layers supported by rigid L^4- connectors. Magnetically, complex 1 displays strong spin-frustrated antiferromagnetism due to the triangular magnetic lattice and cooperative antiferromagnetic couplings mediated by quadruple heterobridges.