Enhanced photocatalytic NO removal with the superior selectivity for NO2−/NO3− species of Bi12GeO20-based composites via a ball-milling treatment: Synergetic effect of surface oxygen vacancies and n-p heterojunctions

光催化 异质结 材料科学 选择性 可见光谱 复合材料 氧气 密度泛函理论 化学工程 光化学 催化作用 光电子学 化学 计算化学 有机化学 工程类
作者
Fei Chang,Xiaomeng Wang,Cheng Yang,Sushi Li,Jielin Wang,Weiping Yang,Fan Dong,Xuefeng Hu,Deng-guo Liu,Yuan Kong
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier]
卷期号:231: 109600-109600 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2021.109600
摘要

Bi12GeO20-based composites Bi12GeO20-Bi2S3 (BGS) were successfully constructed through a facile ball-milling method using sulfur powder for the first time. Systematical analyses verified the in-situ generation of n-p heterojunctions with surface oxygen vacancies (OVs). These composites showed reinforced photocatalytic removal of NO at ppb level under visible light with high selectivity for NO2−/NO3− species, avoiding the generation of toxic NO2 as far as possible. Especially, the best candidate BGS0.1 possessed 46% NO removal with 96% selectivity for NO2−/NO3− species that were much higher than those by Bi12GeO20, mainly relevant to the enhanced visible-light absorption, synergistic effect of heterojunctions containing surface OVs to promote charge carriers segregation and reactive radicals formation, and suitable phase composition with proper band structures. The effect of heterojunctions with surface OVs over band structures and reaction paths was demonstrated by density functional theory (DFT) calculation. DRIFTS and FT-IR spectra were recorded to deduce NO conversion routes. Eventually, a preliminary photocatalysis mechanism of these robust composites was conjectured in a Z-scheme manner basing experimental and analytical results. This study might pave roads for in-situ construction of sillenite-based composites with surface OVs by a mechanochemical approach with satisfactory photocatalytic NO treatment under visible light.

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