蘇州大學路建美&陳冬赟J. Hazard. Mater.：ZnIn2S4納米片負載電紡In2O3納米纖維的分

DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.122889

設計合理的異質結構半導體光催化劑可以提高光催化反應的活性。在這項工作中，研究者通過在一維In₂O₃電紡納米纖維上生長超薄的二維ZnIn₂S₄納米片，構建了一系列分層的ZnIn₂S₄/In₂O₃異質結構，并將其用作光催化劑以有效地光還原有毒的Cr（VI）。這種結構設計增加了比表面積，促進了光生電子和空穴的分離，并為催化反應提供了更多的活性位點。在可見光照射下，優化的ZnIn₂S₄/In₂O₃光催化劑表現出最高的光催化性能，在90分鐘內對Cr（VI）（50 mg/L）的還原效率為100％，遠高于純In₂O₃和ZnIn₂S₄。此外，循環測試和X射線衍射（XRD）表征表明ZnIn₂S₄/In₂O₃光催化劑具有良好的穩定性，是一種很有前途的環境修復材料。最后，通過捕獲實驗和電子自旋共振（ESR）光譜測定了參與光還原過程的兩種活性物質（e^?和·O₂^?）。最后，仔細研究了ZnIn₂S₄/In₂O₃異質結光催化體系的可能機理。

圖1.（a）電紡In₂O₃納米纖維的SEM圖像。（b）ZnIn₂S₄/In₂O₃-3異質結構的低倍和（c）高倍放大SEM圖像。（d）由ZnIn₂S₄納米片組裝而成的ZnIn₂S₄微球的SEM圖像。

圖2.（a）電紡In₂O₃納米纖維的TEM圖像。（b）ZnIn₂S₄/In₂O₃-3異質結構的低倍和（c）高倍放大TEM圖像。（d）ZnIn₂S₄/In₂O₃-3異質結構的SAED模式和（e）HAADF-STEM圖像，以及相應的In、O、Zn和S元素的EDX圖。

圖3.制備的純In₂O₃、ZnIn₂S₄和ZnIn₂S₄/In₂O₃異質結構的XRD圖。

圖4.ZnIn₂S₄/In₂O₃-3異質結構的高分辨率XPS（a）In 3d、（b）O 1s、（c）Zn 2p和（d）S 2p光譜。

圖5.（a）所制備的ZnIn₂S₄/In₂O₃異質結構的紫外-可見漫反射光譜（DRS）。（b）對于In₂O₃和ZnIn₂S₄樣品，（αhν）²與hν的關系圖。（c-d）In₂O₃和ZnIn₂S₄（插圖）樣品的Mott-Schottky圖和XPS價譜。

圖6.（a）在可見光照射下不同制備樣品上的Cr（VI）光催化還原。（b）用ZnIn₂S₄/In₂O₃-3樣品處理的Cr（VI）水溶液的紫外-可見吸收光譜。（c-d）在不同制備樣品上具有擬一級動力學和表觀反應速率常數的相關擬合曲線。

圖7.（a）ZnIn₂S₄/In₂O₃-3樣品對Cr（VI）光催化還原的多次循環測試。（b）循環測試前后ZnIn₂S₄/In₂O₃-3樣品的XRD圖譜。插圖顯示了循環測試后ZnIn₂S₄/In₂O₃-3樣品的SEM圖像。循環測試后，ZnIn₂S₄/In₂O₃-3樣品的XPS分析：（c）全掃描和（d）Cr 2p光譜。

圖8.（a）可見光照射下所制備樣品的瞬時光電流和（b）穩態PL光譜。（c）在可見光照射下，在存在不同清除劑的情況下，ZnIn₂S₄/In₂O₃-3樣品上的Cr（VI）光催化還原。（d）在DMPO-·O₂^-甲醇分散液中ZnIn₂S₄/In₂O₃-3樣品的ESR光譜。