Tuning oxygen vacancies in Bi4Ti3O12 nanosheets to boost piezo-photocatalytic activity

材料科学 光催化 罗丹明B 吸附 降级(电信) 化学工程 密度泛函理论 纳米技术 光化学 催化作用 电子工程 计算化学 物理化学 有机化学 工程类 化学
作者
Qiao Tang,Jiang Wu,Xiang‐Zhong Chen,Roger Sanchis‐Gual,Andrea Veciana,Carlos Franco,Dong-Hoon Kim,Ivan Surin,Javier Pérez‐Ramírez,Michele Mattera,Anastasia Terzopoulou,Ni Qin,Marija Vukomanović,Bradley J. Nelson,Josep Puigmartí‐Luis,Salvador Pané
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:108: 108202-108202 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108202
摘要

Piezo-photocatalysis has emerged as a promising strategy to address environmental pollution and the fast-growing energy shortage. Unfortunately, current efficiencies of piezo-photocatalysts are still far from ideal, and improving their catalytic efficiency remains challenging. In this paper, we introduce oxygen vacancies (OVs) in Bi4Ti3O12 (BIT) nanosheets to boost their piezo-photocatalytic performance. Compared to pristine BIT nanosheets, BIT with an optimized OV concentration exhibit excellent piezo-photocatalytic activity, with an enhancement of 2.2 times the degradation rate constant (k = 0.214 min−1) for Rhodamine B (RhB). The effect of OVs on the adsorption energy and Bader charges was also investigated using density functional theory (DFT) calculations, which shed light on the underlying mechanism that improves the piezo-photocatalytic process in the presence of OVs. Specifically, the introduction of OVs increases the adsorption energy and Bader charges, resulting in an enhancement of charge transfer between O2/H2O and BIT, thus facilitating the catalytic process. This study provides a deeper understanding into the regulation mechanism of OV enhanced piezo-photocatalytic activity and opens new avenues for designing high-performance piezo-photocatalysts.
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