Element doping adjusted the built-in electric field at the TiO2/CdS interface to enhance the photocatalytic reduction activity of Cr(VI)

光催化 异质结 材料科学 兴奋剂 电负性 载流子 费米能级 光电子学 化学 电子 催化作用 生物化学 量子力学 物理 有机化学
作者
Biyang Tu,Jiarong Hao,Fenghe Wang,Yafei Li,Jining Li,Jinli Qiu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:456: 141103-141103 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.141103
摘要

TiO2-based heterojunction photocatalyst is promising for photocatalytic reaction due to its extensive spectral absorption and effective separation of photogenerated carriers. In this study, a simple modification method, element doping (N, I, Fe and Ce) was utilized to modify TiO2/CdS. Results of photocatalytic reduction experiments of Cr(VI) reveal that the photocatalytic activity follows the order of I-TiO2/CdS > Fe-TiO2/CdS > N-TiO2/CdS > TiO2/CdS > Ce-TiO2/CdS, and the kinetic rate parameter values of I-TiO2/CdS is about 29.0 and 2.7 times higher than that of TiO2 and TiO2/CdS, respectively. Meanwhile, the peaks of Ti 2p and Cd 3d exhibit the maximum shift of + 0.51 and –1.18 eV after coupling I-TiO2 with CdS, respectively. DFT calculations and electrochemical test reveal that high-electronegativity I doping can increase the difference of Fermi level between TiO2 and CdS, and I-TiO2/CdS heterostructure presents lower charge migration resistance and higher carrier separation behavior, suggesting that the improvement mechanism of I doping is largely attributed to the enhanced strength of built-in electric field at the interface between TiO2 and CdS. This work presents a simple but effective method to develop heterojunction with high photocatalytic activity via facilitating interface migration of photogenerated carriers.
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