Rational design of Bi2Sn2O7/Bi5O7I S-scheme heterojunction for visible photocatalytic oxidation of emerging pollutants

材料科学 光催化 异质结 降级(电信) 化学工程 反应速率常数 激进的 光化学 光电子学 催化作用 计算机科学 动力学 有机化学 化学 电信 量子力学 物理 工程类 冶金
作者
Haidong Luo,Shengjiang Zhang,Fozia Batool,Suhang Chen,Fengqi Zhao,Kangzhen Xu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:659: 569-581 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.01.016
摘要

The construction of an S-scheme heterostructure is considered as a promising strategy for enhancing photocatalytic performance. Herein, a three-dimensional Bi5O7I (BOI) microsphere decorated with Bi2Sn2O7 (BSO) nanoparticles was prepared for the first time via a simple ultrasonic-assisted electrostatic self-assembly strategy and used for the degradation of 2,4-dinitrophenylhydrazine. 3 wt% Bi2Sn2O7/Bi5O7I has the highest degradation activity (93.7 %), with an apparent rate constant of 0.0848 min−1, which is 2.55 times that of the original Bi5O7I (0.0333 min−1). Moreover, the optimal binary heterojunction photocatalyst has good reusability and universal applicability. The results of cyclic voltammetry tests clarify that the optimal photocatalyst can provide more surface reactive sites. The results of radical trapping experiments and electron spin resonance indicate that holes (h+) and superoxide radicals are the main active radicals in the degradation process of 2,4-dinitrophenylhydrazine. Photoelectrochemical and photoluminescence confirm that 3 wt% Bi2Sn2O7/Bi5O7I composites exhibit the highest separation rate of photogenerated carriers. Finally, based on the results of experimental studies and theoretical calculations, the S-scheme charge transfer path on the Bi2Sn2O7/Bi5O7I composite is determined. This work provides a new perspective on how to design high-performance S-scheme bismuth oxyhalide-based heterojunction photocatalysts for solar energy conversion.
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