江南大學段芳等J. Alloys Compd.：具有增強的光催化活性的直接Z型Bi2S3/BiFeO3異質結納米纖維

DOI:10.1016/j.jallcom.2020.155158

合理設計異質結是構建高效光催化劑的有效途徑。本文通過靜電紡絲技術和原位陰離子交換法制備了界面緊密結合的Bi2S3/BiFeO3異質結納米纖維。利用不同表征手段分析了Bi2S3/BiFeO3復合材料的結構和形態。通過可見光照射下鹽酸四環素（TC）的光降解來評估獲得的Bi2S3/BiFeO3異質結的光催化活性。結果表明，Bi2S3/BiFeO3異質結顯示出增強的光催化降解性能，并且通過改變硫代乙酰胺（TAA）的量可以很容易地優化其光催化活性。當TAA的量為0.1 mmol時，獲得的Bi2S3/BiFeO3（TAA-2）樣品表現出最佳的光催化性能，分別是純BiFeO3和Bi2S3的5倍和6倍。此外，通過對活性組分和自由基的監測，以及光學和光電化學試驗，系統地研究了其光催化機理。據此提出了Bi2S3/BiFeO3異質結的直接Z型電荷遷移機制。Bi2S3/BiFeO3異質結增強的光催化性能可歸因于改善的可見光響應以及有效的電荷分離和轉移。

圖1.合成的光催化劑的XRD圖

圖2.（a，b）TAA-2在不同放大倍數下的SEM圖像，（c）TAA-2樣品的TEM和（d）HRTEM圖像

圖3.TAA-2的SEM-EDX圖像：（a）元素疊加和（插圖）掃描區域，（b）Bi，（c）Fe，（d）S，（e）O和（f）能量色散譜

圖4.純BiFeO3、Bi2S3和TAA-2的XPS光譜：（a）全掃描，（b）Bi 4f，（c）Fe 2p和（d）O 1s

圖5.（a）紫外-可見吸收光譜，（b）（αhv）2?（hv）曲線圖

圖6.（a）TC光催化降解的時間曲線，（b）TC降解的偽一級動力學擬合，（c）TC光催化降解的反應速率常數k，以及（d）在可見光照射下，TC在TAA-2上的TOC去除率

圖7.（a）純BiFeO3納米纖維和Bi2S3/BiFeO3異質結（TAA-2）的磁化曲線，（b）用于磁分離的TC溶液的照片，（c）TC在TAA-2上五個循環的降解曲線，和（d）5個循環后TAA-2的XRD圖譜

圖8.所得樣品的PL光譜

圖9.（a）所得樣品的光電流響應譜和（b）電化學阻抗譜（插圖：電路圖模型）

圖10.（a，b）BiFeO3和Bi2S3樣品的Mott-Schottky圖，（c）BiFeO3和Bi2S3的能帶結構

圖11.（a）在可見光下TC降解的清除研究，（b-d）當TAA-2、BiFeO3和Bi2S3存在時，在可見光下DMPO-?O2-和DMPO-?OH的ESR信號

圖12.在可見光照射下，當TAA-2樣品存在時，光沉積的Ag納米顆粒的TEM和HRTEM圖像