论文标题：One stone, three birds: up-conversion, photothermal and p-n heterojunction to boost BiOBr:Yb³⁺,Er³⁺/Cu₃Mo₂O₉ full spectrum photodegradation

期刊：Frontiers of Chemical Science and Engineering

作者：Xintong Yao, Dong Zhang, Yupeng Liu, Yanzhao Chen, Dafeng Zhang, Junchang Liu, Xue-Yang Ji, Hengshuai Li, Peiqing Cai, Xipeng Pu

发表时间：15 Oct 2024

DOI：10.1007/s11705-024-2469-2

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研究内容

本工作报道了一种具有“一石三鸟”效果的全光谱光催化剂用于降解污染物。

目前，拓宽光谱响应范围以实现全光谱光催化是开发具有优异光能转换能力的光催化剂的关键。该方法结合元素掺杂和异质结构建两种改性方式对BiOBr进行优化。将具有上转换效应的Er³⁺/Yb³⁺共掺杂BiOBr（BiOBr:Yb³⁺,Er³⁺）作为近红外光的收集器，实现红外光的吸收和利用；将具有光热效应的Cu₃Mo₂O₉作为热源，吸收近红外光并转化为热量，提高光催化剂颗粒的局域温度，加速表面发生的氧化还原反应；同时，BiOBr:Yb³⁺,Er³⁺与Cu₃Mo₂O₉之间构成p-n异质结，有效缓解光生电子-空穴对的复合，促进了电荷分离效率。BiOBr:Yb³⁺,Er³⁺，Er³⁺/Cu₃Mo₂O₉复合材料展现出了优秀的全光谱降解能力。BiOBr:Yb³⁺,Er³⁺+/Cu₃Mo₂O₉-5在可见光和近红外光照射下的最佳光降解活性分别比纯BiOBr:Yb³⁺,Er³⁺提高了2.3倍和2.4倍。这项工作为设计和开发具有全光谱光催化体系提供了一种新的思路。

Fig. 1 (a) Survey and (b-h) high-resolution XPS spectra of BYE, CMO and BYE/CMO-5.

Fig. 2 (a, b) Mott-schottky curves of BYE, CMO and BYE/CMO; Electrostatic potentials of (c) BYE and (d) CW.

主要结论

本工作开发了一种具有上转换效应和光热效应的BiOBr:Yb³⁺,Er³⁺/Cu₃Mo₂O₉ p-n异质结催化剂，用于高效全光谱降解有机污染物。通过XPS和密度泛函理论计算，揭示了BiOBr:Yb³⁺,Er³⁺/Cu₃Mo₂O₉ 中p-n异质结的电荷转移机理。利用DRS光谱和上转换PL光谱探究了材料对近红外光的吸收和转换，同时通过红外热成像直观地证明了Cu₃Mo₂O₉在光照下优异的光热转换能力。研究表明，在p-n异质结、上转换效应和光热效应三者的协同作用下BiOBr:Yb³⁺,Er³⁺/Cu₃Mo₂O₉ 展现出了优秀的全光谱降解能力。这项工作通过光热效应、上转换效应、构建p-n异质结显著提高了光催化剂的活性，为设计和开发高效全光谱驱动光催化剂提供了一种可行的策略。

引用格式：Xintong Yao, Dong Zhang, Yupeng Liu, Yanzhao Chen, Dafeng Zhang, Junchang Liu, Xue-Yang Ji, Hengshuai Li, Peiqing Cai, Xipeng Pu. One stone, three birds: up-conversion, photothermal and p-n heterojunction to boost BiOBr:Yb³⁺,Er³⁺/Cu₃Mo₂O₉ full spectrum photodegradation. Front. Chem. Sci. Eng., 2024, 18(10): 118 https://doi.org/10.1007/s11705-024-2469-2

作者及团队介绍

蒲锡鹏 （通讯作者）聊城大学材料科学与工程学院教授，聊城大学学报编辑部副主任。兼任《聊城大学学报(自然科学版)》副主编、编委会副主任。入选聊城大学“光岳学者”人才计划，获山东省优秀研究生指导教师。所指导研究生多人获国家奖学金、山东省研究生优秀成果奖、省优秀硕士学位论文、省优秀毕业生等荣誉称号。主要研究方向：新型光催化材料研究。现已主持国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金项目、横向项目等多项科研项目。在Journal of Energy Chemistry、Chinese Journal of Catalysis、Chemical Engineering Journal等期刊上发表90多篇论文。获山东高等学校优秀科研成果奖三项。

张大凤 （通讯作者）聊城大学材料科学与工程学院副教授，硕士生导师。长期从事环境催化新材料的研究和开发，承担省级自然科学基金项目、横向项目等多项科研项目。以第一/通讯作者在Journal of Advanced Ceramics，Separation and Purification Technology和Journal of Colloid and Interface Science等高水平期刊上发表SCI论文40余篇，入选2023年全球前2%顶尖科学家名单。

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