Constructing a 2D/2D Bi2O2CO3/Bi4O5Br2 heterostructure as a direct Z-scheme photocatalyst with enhanced photocatalytic activity for NOx removal

异质结 光催化 高分辨率透射电子显微镜 堆积 材料科学 热液循环 载流子 透射电子显微镜 纳米技术 化学工程 光电子学 化学 催化作用 有机化学 工程类
作者
Gangqiang Zhu,Shiping Li,Jianzhi Gao,Fuchun Zhang,Chunli Liu,Qizhao Wang,Mirabbos Hojamberdiev
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:493: 913-925 被引量:149
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2019.07.119
摘要

As a direct Z-scheme photocatalyst, a two-dimensional/two-dimensional (2D/2D) Bi2O2CO3/Bi4O5Br2 (BOC/BOB) heterostructure was fabricated by stacking the ultrathin nanosheets of Bi2O2CO3 and Bi4O5Br2 via a simple one-step hydrothermal synthesis process. The atomic force microscopy (AFM) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) results show that the heterostructure was successfully formed by coupling the ultrathin nanosheets of BOC and BOB. By optimizing the content of BOC, we found that the 30% BOC/BOB composite can exhibit a superior photocatalytic activity (53.2%) for NOx removal under simulated solar light illumination, which is much higher than that of single-phase BOC (20.4%) or BOB (37.9%). The results from trapping experiments and DMPO-ESR spin-trapping measurements demonstrate that both O2– and OH are the main active species during the photocatalytic reaction process. According to the DFT calculations, a Z-scheme heterojunction is formed between the BOC and BOB ultrathin nanosheets, in which the photo-induced electrons in BOC are combined with holes in BOB. This process can effectively hinder the recombination of photo-induced charge carriers in the BOC/BOB nanocomposites and resulting in the enhancement of charge separation efficiency. This work may shed light on developing more efficient photocatalysts by designing the 2D/2D Z-scheme heterostructures using ultrathin nanosheets.
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