BiOIO3 Nanoplates with Tailorable Surface Defects for Photocatalytic H2O2 Production

光催化 材料科学 化学工程 纳米技术 化学 催化作用 工程类 生物化学
作者
Aili Yuan,Tengfei Huang,Yanzhen Guo,Xavier Mulet,Huili Liu,Jing Wang,Binbin Chang
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (11): 12761-12772
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c01295
摘要

The integrated dual-channel pathway is regarded as an ideal process for photocatalytic H2O2 production. However, it is a key scientific challenge to rationally design photocatalysts for achieving H2O2 production through such a dual-channel pathway. Here, we designed surface oxygen vacancy-modified BiOIO3 (BIO-OVs-x) with spatially separated redox reaction centers by constructing a facet heterojunction for directly utilizing O2 and H2O to photosynthesize H2O2. Under white light irradiation, optimal BIO-OVs-2 exhibited the highest H2O2 production rate of 215.5 μmol g–1 h–1, which was 3 times more than that of BiOIO3, as well as an apparent quantum yield of 5.76% at 350 nm. Photoelectrochemical experiments confirmed that the introduction of oxygen vacancies boosted the efficiency of charge separation and transfer and adjusted the band structure. Control experiments and theoretical studies elucidated photocatalytic reaction active sites and the charge transport mechanism of BIO-OV catalysts. More importantly, the introduction of oxygen vacancies in BiOIO3 reduced the free energy for OH* of the water oxidation reaction and promoted the occurrence of the water oxidation reaction. This work provides a valuable basis for the fine design of a high-performance photocatalyst and for understanding the mechanism of hydrogen peroxide production.
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