Preparation of a p-n heterojunction BiFeO3@TiO2 photocatalyst with a core–shell structure for visible-light photocatalytic degradation

光催化 材料科学 铋铁氧体 可见光谱 光化学 二氧化钛 异质结 载流子 催化作用 化学工程 化学 光电子学 复合材料 铁电性 有机化学 冶金 电介质 工程类 多铁性
作者
Yazi Liu,Shanshan Ding,Jian Xu,Huayang Zhang,Shaogui Yang,Xiaoguang Duan,Hongqi Sun,Shaobin Wang
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:38 (6): 1052-1062 被引量:87
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(17)62845-6
摘要

Magnetically separable bismuth ferrite (BiFeO3) nanoparticles were fabricated by a citrate self-combustion method and coated with titanium dioxide (TiO2) by hydrolysis of titanium butoxide (Ti(OBu)4) to form BiFeO3@TiO2 core–shell nanocomposites with different mass ratios of TiO2 to BiFeO3. The photocatalytic performance of the catalysts was comprehensively investigated via photocatalytic oxidation of methyl violet (MV) under both ultraviolet and visible-light irradiation. The BiFeO3@TiO2 samples exhibited better photocatalytic performance than either BiFeO3 or TiO2 alone, and a BiFeO3@TiO2 sample with a mass ratio of 1:1 and TiO2 shell thickness of 50–100 nm showed the highest photo-oxidation activity of the catalysts. The enhanced photocatalytic activity was ascribed to the formation of a p-n junction of BiFeO3 and TiO2 with high charge separation efficiency as well as strong light absorption ability. Photoelectrochemical Mott–Schottky (MS) measurements revealed that both the charge carrier transportation and donor density of BiFeO3 were markedly enhanced after introduction of TiO2. The mechanism of MV degradation is mainly attributed to hydroxyl radicals and photogenerated electrons based on energy band theory and the formation of an internal electrostatic field. In addition, the unique core–shell structure of BiFeO3@TiO2 also promotes charge transfer at the BiFeO3/TiO2 interface by increasing the contact area between BiFeO3 and TiO2. Finally, the photocatalytic activity of BiFeO3@TiO2 was further confirmed by degradation of other industrial dyes under visible-light irradiation.
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