Enhanced Photocatalytic CO2 Reduction over 2D/1D BiOBr0.5Cl0.5/WO3 S-Scheme Heterostructure

Bichen Zhu Xiaoyang Hong Liyong Tang Qinqin Liu Hua Tang

Citation:  Bichen Zhu, Xiaoyang Hong, Liyong Tang, Qinqin Liu, Hua Tang. Enhanced Photocatalytic CO2 Reduction over 2D/1D BiOBr0.5Cl0.5/WO3 S-Scheme Heterostructure[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2022, 38(7): 2111008-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202111008 shu

二维/一维BiOBr0.5Cl0.5/WO3 S型异质结助力光催化CO2还原

    通讯作者: 唐丽永, 1000003184@mail.ujs.edu.cn
    唐华, huatang79@163.com
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21975110

    国家自然科学基金 21972058

摘要: S型异质结不但可以提高载流子的分离效率,还可以维持较强的氧化还原能力。因此,构建S型异质是提高光催化二氧化碳还原反应的有效途径。本研究通过静电自组装法构建了具有近红外光响应(> 780 nm)的二维BiOBr0.5Cl0.5纳米片和一维WO3纳米棒S型异质结光催化剂,并用于高效还原二氧化碳。能带位置和界面电子相互作用的综合分析表明:在光催化二氧化碳还原反应过程中,BiOBr0.5Cl0.5/WO3遵循S型电子转移路径;不仅提高了载流子的高效分离,还维持了两相(BiOBr0.5Cl0.5和WO3)较高的氧化还原能力。此外,二维纳米片/一维纳米棒的结构使得半导体之间具备良好的界面接触,有利于载流子的分离,且暴露更多的活性位点,最终提高催化效率。结果显示,BiOBr0.5Cl0.5/WO3异质结催化剂表现出较高的CO2还原能力和CO选择性,CO的产率高达16.68 μmol∙g-1∙h-1,分别是BiOBr0.5Cl0.5的1.7倍和WO3的9.8倍。本工作为构建S型二维/一维异质结光催化剂高效还原二氧化碳提供了新的思路。

English

    1. [1]

      李云锋, 张敏, 周亮, 杨思佳, 武占省, 马玉花. 物理化学学报, 2021, 37, 2009030. ] doi: 10.3866/PKU.WHXB202009030Li, Y. F.; Zhang, M.; Zhou, L.; Yang, S. J.; Wu, Z. S.; Ma, Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2009030. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009030

    2. [2]

      费新刚, 谭海燕, 程蓓, 朱必成, 张留洋. 物理化学学报, 2021, 37, 2010027. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010027Fei, X. G.; Tan, H. Y.; Cheng, B.; Zhu, B. C.; Zhang, L. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2010027. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010027

    3. [3]

      Wageh, S., Al-Ghamdi, A. A., 刘丽君. 物理化学学报, 2021, 37, 2010024. ] doi: 10.3866/PKU.WHXB202010024Wageh, S.; Al-Ghamdi, A. A.; Liu, L. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2010024. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010024

    4. [4]

      王则鉴, 洪佳佳, Ng, S. -F., 刘雯, 黄俊杰, 陈鹏飞, Ong, W. -J. 物理化学学报, 2021, 37, 2011033. ] doi: 10.3866/PKU.WHXB202011033Wang, Z. J.; Hong, J. J.; Ng, S. -F.; Liu, W.; Huang, J. J.; Chen, P. F.; Ong, W. -J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2011033. doi: 10.3866/PKU.WHXB202011033

    5. [5]

      Liu, Q. Q.; He, X. D.; Peng, J. J.; Yu, X. H.; Tang, H.; Zhang, J. Chin. J. Catal. 2021, 42, 1478. doi: 10.1016/s1872-2067(20)63753-6

    6. [6]

      Wang, Z. L.; Chen, Y. F.; Zhang, L. Y.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Fan, J. J. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 56, 143. doi: 10.1016/j.jmst.2020.02.062

    7. [7]

      Li, K. Y.; Chen, J.; Ao, Y. H.; Wang, P. F. Sep. Purif. Technol. 2021, 259, 118177. doi: 10.1016/j.seppur.2020.118177v

    8. [8]

      Mu, R. H.; Ao, Y. H.; Wu, T. F.; Wang, C.; Wang, P. F. J. Alloys Compd. 2020, 812, 151990. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.151990

    9. [9]

      Zhang, Y.; Qin, H. N.; Li, B. L.; Wu, B. Chin. J. Struc. Chem. 2021, 40, 595. doi: 10.14102/j.cnki.0254-5861.2011-2989

    10. [10]

      Che, H. N.; Gao, X.; Chen, J.; Hou, J.; Ao, Y. H.; Wang, P. F. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2. doi: 10.1002/anie.202111769

    11. [11]

      Liu, X. T.; Gu, S. N.; Zhao, Y. J.; Zhou, G. W.; Li, W. J. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 56, 45. doi: 10.1016/j.jmst.2020.04.023

    12. [12]

      Zhang, J. Y.; Liao, H. G.; Sun, S. G. Chin. J. Struc. Chem. 2020, 39, 1019. doi: 10.14102/j.cnki.0254-5861.2011-2553

    13. [13]

      Han, S. T.; Li, W. Y.; Xi, H. L.; Yuan, R. S.; Long, J. L.; Xu, C. J. Hazard. Mater. 2021, 423, 127012. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.127012v

    14. [14]

      Li, D. S.; Huang, Y.; Li, S. M.; Wang, C. H.; Li, Y. Y.; Zhang, X. T.; Liu, Y. C. Chin. J. Catal. 2021, 41, 154. doi: 10.1016/s1872-2067(19)63475-3

    15. [15]

      Lu, Y.; Fan, D. Q.; Wang, Y. D.; Xu, H. L.; Lu, C. H.; Yang, X. F. ACS Nano 2021, 15, 10366. doi: 10.1021/acsnano.1c02578

    16. [16]

      Sayed, M.; Zhu, B. C.; Kuang, P. Y.; Liu, X. Y.; Cheng, B.; Ghamdi, A. A. A.; Wageh, S.; Zhang, L. Y.; Yu, J. G. Adv. Sust. Syst. 2021, 2100264. doi: 10.1002/adsu.202100264

    17. [17]

      Wang, L. B.; Cheng, B.; Zhang, L. Y.; Yu, J. G. Small 2021, 17, 2103447. doi: 10.1002/smll.202103447

    18. [18]

      Lin, H.; Ma, Z. Y.; Zhao, J. W.; Liu, Y.; Chen, J. Q.; Wang, J. H.; Wu, K. F.; Jia, H. P.; Zhang, X. M.; Cao, X. H.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 1235. doi: 10.1002/anie.202009267

    19. [19]

      Zhang, L.; Xiao, W. P.; Zhang, Y.; Han, F. Y.; Yang, X. F. Compos. Commun. 2021, 26, 100792. doi: 10.1016/j.coco.2021.100792.

    20. [20]

      Wang, J. F.; Chen, J.; Wang, P. F.; Hou, J.; Wang, C.; Ao, Y. H. Appl. Catal. B Environ. 2018, 239, 578. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.08.048

    21. [21]

      Zhou, S. Q.; Wang, Y.; Zhou, K.; Ba, D. Y.; Ao, Y. H.; Wang, P. F. Chin. Chem. Lett. 2021, 32, 2179. doi: 10.1016/j.cclet.2020.12.002

    22. [22]

      Wageh, S.; Al-Ghamdi, A. A.; Rashida, J.; Li, X.; Zhang, P. Chin. J. Catal. 2021, 42, 667. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63705-6

    23. [23]

      Fan, D. Q.; Lu, Y.; Zhang, H.; Xu, H. L.; Lu, C. H.; Tang, Y. C.; Yang, X. F. Appl. Catal. B Environ. 2021, 295, 120285. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120285

    24. [24]

      Liu, L. Z.; Hu, T. P.; Dai, K.; Zhang, J. F.; Liang, C. H. Chin. J. Catal. 2021, 42, 46. doi: 10.1016/s1872-2067(20)63560-4

    25. [25]

      Wang, R.; Shen, J.; Sun, K. H.; Tang, H.; Liu, Q. Q. Appl. Surf. Sci. 2019, 493, 1142. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.07.121

    26. [26]

      Lu, Y.; Zhang, H.; Fan, D. Q.; Chen, Z. P.; Yang, X. F. J. Hazard. Mater. 2021, 423, 127128. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.127128

    27. [27]

      Liu, X.; Zhao, Y. X.; Yang, X. F.; Liu, Q. Q.; Yu, X. H.; Li, Y. Y.; Tang, H.; Zhang, T. R. Appl. Catal. B Environ. 2020, 275, 119144. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119144

    28. [28]

      Yan, S. W.; Song, H. J.; Li, Y.; Yang, J.; Jia, X. H.; Wang, S. Z.; Yang, X. F. Appl. Catal. B Environ. 2022, 301, 120820. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120820

    29. [29]

      Xie, Q.; He, W. N.; Liu, S. W.; Li, C. H.; Zhang, J. F.; Wong, P. K. Chin. J. Catal. 2020, 41, 140. doi: 10.1016/s1872-2067(19)63481-9

    30. [30]

      王梁, 朱澄鹭, 殷丽莎, 黄维. 物理化学学报, 2020, 36, 1907001. ] doi: 10.3866/PKU.WHXB201907001Wang, L.; Zhu, C. L.; Yin, L. S.; Huang, W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1907001. doi: 10.3866/PKU.WHXB201907001

    31. [31]

      Sayed, M.; Xu, F. Y.; Kuang, P. Y.; Low, J. X.; Wang, S. Y.; Zhang, L. Y.; Yu, J. G. Nat. Commun. 2021, 12, 4936. doi: 10.1038/s41467-021-26467-6

    32. [32]

      Prasad, C.; Tang, H.; Liu, Q. Q.; Bahadur, I.; Karlapudi, S.; Jiang, Y. J. Int. J. Hydrog. Energy 2020, 45, 337. doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.07.070

    33. [33]

      Kuang, P. Y.; Wang, Y. R.; Zhu, B. C.; Xia, F. J.; Tung, C. W.; Wu, J. S.; Chen, H. M.; Yu, J. G. Adv. Mater. 2021, 33, 2008599. doi: 10.1002/adma.202008599

    34. [34]

      Bie, C. B.; Yu, H. G.; Cheng, B.; Ho, W. K.; Fan, J. J.; Yu, J. G. Adv. Mater. 2021, 33, 2003521. doi: 10.1002/adma.202003521

    35. [35]

      Tao, J. N.; Yu, X. H.; Liu, Q. Q.; Liu, G. W.; Tang, H. J. Colloid Interface Sci. 2021, 585, 470. doi: 10.1016/j.jcis.2020.10.028

    36. [36]

      Wang, R.; Shen, J.; Zhang, W. J.; Liu, Q. Q.; Zhang, M. Y.; Zulfiqar; Tang, H. Ceram. Int. 2020, 46, 23. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.08.226

    37. [37]

      Wu, J.; Xie, Y.; Ling, Y.; Si, J. C.; Li, X.; Wang, J. L.; Ye, H.; Zhao, J. S.; Li, S. Q.; Zhao, Q. D.; et al. Chem. Eng. J. 2020, 400, 125944. doi: 10.1016/j.cej.2020.125944

    38. [38]

      Zhang, Z. Y.; Chi, M. F.; Veith, G. M.; Zhang, P. F.; Lutterman, D. A.; Rosenthal, J.; Overbury, S. T.; Dai, S.; Zhu, H. Y. ACS Catal. 2016, 6, 6255. doi: 10.1021/acscatal.6b01297

    39. [39]

      Han, L. L.; Song, S. J.; Liu, M. J.; Yao, S. Y.; Liang, Z. X.; Cheng, H.; Ren, Z. H.; Liu, W.; Lin, R. Q.; Qi, G. C.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 12563. doi: 10.1021/jacs.9b12111

    40. [40]

      Jia, X. M.; Han, Q. F.; Wang, X.; Zhu, J. W. Photochem. Photobiol. 2018, 94, 942. doi: 10.1111/php.12943

    41. [41]

      Wilczewska, P.; Bielicka-Giełdoń, A.; Borzyszkowska, A. F.; Ryl, J.; Klimczuk, T.; Siedlecka, E. M. J. Photochem. Photobiol. A Chem. 2019, 382, 111932. doi: 10.1016/j.jphotochem.2019.111932

    42. [42]

      Liu, Y. Y.; Son, W. J.; Lu, J. B.; Huang, B. B.; Dai, Y.; Whangbo, M. H. Chem. Eur. J. 2011, 17, 9342. doi: 10.1002/chem.201100952

    43. [43]

      Bao, Y. P.; Lee, W. J.; Guan, C. T.; Liang, Y. N.; Lim T. T.; Hu, X. J. Mater. Chem. B 2021, 9, 3079. doi: 10.1016/j.seppur.2021.119203

    44. [44]

      Sanaa, S. K.; Vladimir, U.; Yulia, K.; Ella, M.; Inna, P.; Yoel, S. Catal. Commun. 2011, 12, 1136. doi: 10.1016/j.catcom.2011.03.014

    45. [45]

      Zhang, B.; Ji, G. B.; Liu, Y. S.; Gondal, M. A.; Chang, X. F. Catal. Commun. 2013, 36, 25. doi: 10.1016/j.catcom.2013.02.021

    46. [46]

      Li, Y.; Zheng, X. N.; Yang, J.; Zhao, Z. H.; Cui, S. H. J. Taiwan Inst. Chem. E 2021, 119, 213. doi: 10.1016/j.jtice.2021.02.014

    47. [47]

      Zhang, M.; Cheng, J.; Xuan, X. X.; Zhou, J. H.; Cen, K. F. Chem. Eur. J. 2017, 322, 22. doi: 10.1016/j.cej.2017.03.126

    48. [48]

      Pan, Y. X.; You, Y.; Xin, S.; Li, Y. T.; Fu, G. T.; Cui, Z. M.; Men, Y. L.; Cao, F. F.; Yu, S. H.; Goodenough, J. B. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4123. doi: 10.1021/jacs.7b00266

    49. [49]

      Gu, S. S.; Marianov, A. N.; Xu, H. M.; Jiang, Y. J. J. Mater. Sci. Technol. 2021, 80, 20. doi: 10.1016/j.jmst.2020.09.053

    50. [50]

      Tang, H.; Xia, Z. H.; Chen, R.; Liu, Q. Q.; Zhou, T. H. Chem. Asian J. 2020, 15, 3456. doi: 10.1002/asia.202000912

    51. [51]

      Hong, X. Y.; Yu, X. H.; Wang, L. L.; Liu, Q. Q.; Sun, J. F.; Tang, H. Inorg. Chem. 2021, 60, 12506. doi: 10.1021/acs.inorgchem.1c01716

    52. [52]

      Tahir, M.; Tahir, B. J. Mater. Sci. Technol. 2022, 106, 195. doi: 10.1016/j.jmst.2021.08.019

    53. [53]

      Liu, D. N.; Chen, D. Y.; Li, N. J.; Xu, Q. F.; Li, H.; He, J. H.; Lu, M. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 133, 1521. doi: 10.1002/ange.201914949

    54. [54]

      Dehkordi, A. B.; Ziarati, A.; Ghasemi, J. B.; Badiei, A. Sol. Energy 2020, 205, 465. doi: 10.1016/j.solener.2020.05.071

    55. [55]

      Xu, Q. L.; Zhang, L. Y.; Cheng, B.; Fan, J. J.; Yu, J. G. Chem 2020, 6, 1543. doi: 10.1016/j.chempr.2020.06.010

    56. [56]

      Liu, Q. Q.; He, X. D.; Tao, J. N.; Tang, H.; Liu, Z. Q. ChemNanoMat. 2021, 7, 44. doi: 10.1002/cnma.202000536

    57. [57]

      Peng, J. J.; Shen, J.; Yu, X. H.; Tang, H.; Zulfiqar; Liu, Q. Q. Chin. J. Catal. 2021, 42, 87. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63595-1

    58. [58]

      Xu, F. Y.; Meng, K.; Cheng, B.; Wang, S. Y.; Xu, J. S.; Yu, J. G. Nat. Commun. 2020, 11, 4613. doi: 10.1038/s41467-020-18350-7

    59. [59]

      Girish, K. S.; Koteswara, R. K. S. R. Appl. Surf. Sci. 2015, 355, 939. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.07.003

    60. [60]

      Wang, L. L.; Tang, G. G.; Liu, S.; Dong, H. L.; Liu, Q. Q.; Sun, J. F.; Tang, H. Chem. Eng. J. 2022, 428, 131338. doi: 10.1016/j.cej.2021.131338

    61. [61]

      Xia, Y.; Tian, Z. H.; Heil, T.; Meng, A.; Cheng, B.; Cao, S. W.; Yu, J. G.; Antonietti, M. Joule 2019, 3, 2792. doi: 10.1016/j.joule.2019.08.011

    62. [62]

      Ye, L.; Wen, Z. H. Int. J. Hydrog. Energy 2019, 44, 3751. doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.12.093

    63. [63]

      Gao, M. C.; Yang, J. X.; Sun, T.; Zhang, Z. Z.; Zhang, D. F.; Huang, H. J.; Lin, H. X.; Fang, Y.; Wang, X. X. Appl. Catal. B Environ. 2019, 243, 734. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.11.020

    64. [64]

      Tang, M. L.; Ao, Y. H.; Wang, P. F.; Wang, C. J. Hazard. Mater. 2020, 387, 121713. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.121713

    65. [65]

      Wang, S. L.; Zhu, Y.; Luo, X.; Huang, Y.; Chai, J. W.; Wong, T. I.; Xu, G. Q. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705357. doi: 10.1002/adfm.201705357

    66. [66]

      Fu, J. W.; Xu, Q. L.; Low, J. X.; Jiang, C. J.; Yu, J. G. Appl. Catal. B Environ. 2019, 243, 556. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.11.011

    67. [67]

      Liu, Q. Q.; Huang, J. X.; Tang, H.; Yu, X. H.; Shen, J. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 56, 196. doi: 10.1016/j.jmst.2020.04.026

    68. [68]

      Manthiram, K.; Alivisatos, A. P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3995. doi: 10.1021/ja211363w

    69. [69]

      An, Z.; Zhou, T. H. Chin. J. Struc. Chem. 2019, 38, 644. doi: 10.14102/j.cnki.0254-5861.2011-2112

    70. [70]

      Ma, B. R.; Xin, S. S.; Xin, Y. J.; Ma, X. M.; Zhang, C. L.; Gao, M. C.; Ma, F.; Ma, Y. M. Sep. Purif. Technol. 2021, 268, 1383. doi: 10.1016/j.seppur.2021.118699

    71. [71]

      Sun, H. G.; Tian, Z. X.; Zhou, G. L.; Zhang, J. M.; Li, P. Appl. Surf. Sci. 2019, 469, 125. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.11.006

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  127
  • HTML全文浏览量:  10
文章相关
  • 发布日期:  2022-07-15
  • 收稿日期:  2021-11-04
  • 接受日期:  2021-12-01
  • 修回日期:  2021-11-27
  • 网络出版日期:  2021-12-06
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章