Global Challenges:rGO-BiVO₄复合材料的声光催化染料降解

原创署名:潘奕辰

20世纪以来,印刷和纺织工业排放的有机染料污染了水资源。近年来,半导体材料因其在水分解、制氢、有机染料降解和环境修复方面的应用而获得了巨大的应用,并具有可持续、低成本和环境友好的优势。例如,光催化利用光能产生和分离电子-空穴对,进一步发生氧化还原反应可以降解有机染料。在压电催化中,可利用振动能在压电材料中产生压电势,极化而产生的电场为光生电荷载流子的传输提供驱动力,使得过程中产生的电子-空穴对在压电场的作用下很容易分离。此外,压电场还可与氧和水反应形成活性物质。因此,通过压电-光催化的综合作用可以进一步提高有机染料的降解效率。BiVO4由于其窄带隙(2.4-2.5 eV)、低毒性和低成本而被广泛用于光催化剂研究,其中单斜钒酸铋 (m-BiVO4 ) 具有独特的性质,如太阳能吸收、铁弹性、离子电导率、产氢、环境友好性和化学稳定性等。然而, 由于m-BiVO4的载流子传输能力和表面吸收较弱,其光催化效率受到限制。

近日,马来西亚国家能源大学M. N. M. Ansari和印度理工学院曼迪校区Rahul Vaish团队在Global Challenges上发表了研究文章,报道了一种通过超声处理、光致还原和水热法协同作用制备的还原氧化石墨烯rGO/BiVO4复合材料,并研究了rGO含量对复合材料声光催化染料降解能力的影响。

在本工作中,作者采用超声处理、光致还原和水热法,基于三者的协同作用,制备了rGO/BiVO4复合材料,并使用X射线衍射、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其进行了表征,确定了其微观结构。此外,作者还使用X射线光电子能谱和光电流响应测试研究了所合成材料的光电性能。

之后,作者将所合成的复合材料用于亚甲基蓝染料的声光催化降解。不同rGO含量复合材料的催化降解实验结果显示,rGO含量为2wt%时,声光催化染料降解效率达到最高。可见光下时间依赖光电流响应测试表明,增强的催化降解效率可以归因于rGO与BiVO4之间具有良好的界面耦合,从而改善了材料的电荷传输性能。同时,rGO片上电子与吸附氧分子可以反应生成超氧自由基,BiVO4价带上的空穴则与吸附的水分子反应生成羟基自由基,这些活性氧物种有利于降解水中的亚甲基蓝染料。

文章信息:

Sonophotocatalytic Dye Degradation Using rGO-BiVO4 Composites

Manish Kumar, M. N. M. Ansari*, Imed Boukhris, M. S. Al-Buriahi, Z. A. Alrowaili, Nada Alfryyan, P. Thomas, Rahul Vaish*

Global Challenges

DOI: 10.1002/gch2.202100132

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/gch2.202100132