用于制氫的Pr2Sn2O7@Bi2Sn2O7/TiO2雙異質結的開發

DOI:10.1016/j.jpcs.2020.109457 

以TiO2電紡納米纖維為基底,采用一步水熱法制備了Pr2Sn2O7@Bi2Sn2O7/TiO2復合材料的雙異質結。通過X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡、X射線光電子能譜、紫外（UV）-可見漫反射光譜和光致發光等方法對其結構進行了表征。研究了復合催化劑在紫外可見光下的光催化制氫性能。Pr2Sn2O7@Bi2Sn2O7/TiO2復合納米纖維具有較高的光催化制氫活性。制氫率達到587.1μmol h-1 g-1，分別是Bi2Sn2O7/TiO2和TiO2的2.7倍和7.1倍。高光催化活性的主要原因包括更寬的光譜范圍，Pr2Sn2O7的Pr3+到4f-4f的躍遷以及由直接Z型轉移機制實現的雙異質結增加光生載流子的分離。

圖1.不同樣品的XRD圖。

圖2.不同樣品的SEM圖像：（a）TiO2，（b）B/T，（c）1P-B/T，（d）2P-B/T，（e）3P-B/T和（f）4P-B/T。

圖3.（a）Pr2Sn2O7@Bi2Sn2O7/TiO2復合納米纖維的SEM圖像和（b）Ti、（c）O、（d）Sn、（e）Bi和（f）Pr的EDS映射。

圖4.（a，b）B/T和（c，d）3P-B/T的TEM和HRTEM圖像。

圖5.B/T和P-B/T異質結的形成機理。

圖6.（a）3P-B/T樣品的XPS全掃描光譜；（b）Ti2p、（c）Bi4f、（d）Sn3d、（e）O1s和（f）Pr3d的高分辨率XPS光譜。

圖7.不同樣品的紫外-可見DRS光譜。

圖8.不同樣品的PL光譜。

圖9.不同樣品的瞬態光電流。

圖10.（a）紫外可見光和（b）可見光下光催化制氫；溶液體積=100 mL，催化劑質量=0.08 g和C0（甲醇）=1.8 mol L-1。

圖11.3P-B/T異質結的循環測試；溶液體積=100 mL，催化劑質量=0.08 g和C0（甲醇）=1.8 mol L-1。

圖12.（a）在B/T和3P-B/T上捕獲自由基，（b）在B/T上形成自由基的示意圖，（c）在3P-B/T上形成自由基的示意圖（均在可見光下）。

圖13.在3P-B/T雙異質結上的光催化過程。