三元MoSSe及其异质结光催化剂的制备与性能研究

近年来,由于抗生素的滥用和随意排放,环境中的水体污染问题日益严重。在众多治理方案中,绿色、可持续和低成本的半导体光催化降解技术受到了青睐。三元MoSSe具有与MoS_2和MoSe_2类似的结构,同时selleck抑制剂其内部垂直于平面的偶极子还可诱导产生内建电场,以及内部S、Se原子共存引起的晶格畸变亦会提升其结合能,使其具有比MoS_2和MoSe_2更高的载流子分离效率、光催化活性和稳定性。本论文先基于MoSSe、MoS_2和MoSe_2结构上的相似性,开发了一种制备MoSSe的新方案,并深入探究了MoSSe的光催化降解左氧氟沙星活性和光电化学性能。随后,鉴于单一MoSSe材料内部载流子的分离效率比较有限,且不能直接产生羟基自由基,由此基于半导体耦合构建S型异质结修饰MoSSe,旨在优化其内部载流子的传输路径和保留原有的氧化还原活性,并系统考察了所得复合材料的光电化学活性和对盐酸四环素的降解效率。本文的主要研究内容如下:(1)基于调控硫与硒的比例,水热制备了带隙可调的MoSSe纳米片。其中,MSS1样品的光电流响应和对左氧氟沙星的降解反应速率常数均远高于普通MoS_2和MoSe_2,且分别相对于普通MoS_2提升了约2.5倍和6.6倍。(2)选取宽带隙的Bi_2WO_6(2.88 e V)同前述性能较佳的MoSSe耦合构建了不同Bi∶Mo复合比例的MoSSe/Bi_2WO_6 S型异质结复合材料。其中,MSSB3样品的光电流响应(13.72μA/cm~2)和对盐酸四环素的降解反应速率常数(0.03593 min~(-1))分别相对于原始MoSSe提升了4.4倍和1.4倍。(3)基于水热法在MoSSe纳米片上生长Co_3O_4纳米颗粒(带隙为1.96 e V),合成了不同Co∶Mo比例的MoSSe/Co_3O_4 S型异质结光催化剂。其中,MSCO2样品的光电流响应(35.98μA/cm~2)相对于原始MoSSe提升了6.8倍。同时,该样品对盐酸四环素展现出了较高的降解反应速率常数(0.02576 min~(-1))。其中,MoSSe纳米片的高催化性能可归因于内建电场的存在,其促进了材料内部载流子的分离与传输,从而可以产生大量催化活性物质用于降解左氧氟沙星。此外,基于原始MoSSe构建的S型异质结复合材料均显示出了增强的光电流响应和光催化降解盐酸四环素活性,这可归因为如下三点:首先,Bi_2WO_6和Co_3O_4的加入均有效地促进了复合材料的比表面积增大,从而可以提供更多暴露的活性位点;其次,构建S型异质结过程中产生的能带弯曲结构和内建电场极大促进了内部载流子的分离和传输;最后,Bi_2WO_6和Co_3O_4均同MoSSe构建形成了S型异质结结构,这优化了载流子的传输路径并拓宽了复合材料的可见光吸收范围,同时也使得复合材料整体具备较高的氧化还原活性。同时,基于MoSSe的不同S型异质结体系在比表面积的增加、性能的提升和对盐酸四环素的降解路径上也存在差异。可以看出,MoSSe/Bi_2WO_6 S型异质结体系的光催化降解性能的提升效果最佳,这可归因为加入的BVacuum Systemsi_2WO_6材料的带隙较宽、价带电位较正和氧化活性较Docetaxel供应商高。而MoSSe/Co_3O_4 S型异质结体系的光电化学性能的提升效果最佳,这可归因为加入的Co_3O_4材料的带隙相对较窄且对可见光的利用率相对较高。