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三維分級n-p異質結構Bi4O5Br2-MnO2
閱讀：1709 發布時間：2022-11-191. 文章信息
標題：Strengthened photocatalytic removal of bisphenol a by robust 3D hierarchical n-p heterojunctions Bi4O5Br2-MnO2 via boosting oxidative radicals generation
頁碼：Chemical Engineering Journal, 2022: 131223.
2. 文章鏈接
專用鏈接：
https://www.sciencedirect。。ｃｏｍ/science/article/pii/S1385894721028047
3．期刊信息
期刊名：Chemical Engineering Journal
ISSN：1385-8947
影響因子：16.744
分區信息：中科院一區Top; JCR分區（Q1）
涉及研究方向：工程技術: 化工；環境
4. 作者信息：上海理工大學常飛（第一作者，第一通訊作者），胡學鋒（第二通訊作者）
5. 光源型號：北京中教金源（CEL-HXF300, Aulight）（300 W氙燈，可見光）、全光譜光功率計（CEL-NP2000-2, Aulight）
所有人都知道，化學工業的快速發展和化學品使用的急劇增加導致了環境中各種激素的出現且濃度逐漸提高。這些激素很容易在某些生物體中積累，并在一定程度上威脅人類健康，即使在水環境中其含量相當低。在這些激素中，雙酚A是一種典型的內分泌干擾物，也是世界上使用廣泛的工業原料之一，主要用于生產功能性聚合物、增塑劑、阻燃劑、抗氧化劑、熱穩定劑等。
水中的雙酚A分子容易進入人體，對生殖造成毒性影響，并增加致癌、多動癥和孤獨癥以及兒童肥胖等風險。因此，對雙酚A的控制和處理成為了一個日益關注的問題。與傳統的處理方法如膜、反滲透和吸附技術相比，半導體光催化技術具有很多的優點和特點，可以在溫和的條件下有效去除低濃度的雙酚A分子，已引起學術界和工業界的廣泛關注。
設計和構筑具有優異微觀結構和形貌特點的光催化體系對于提高環境激素的去除率至關重要。具有合適能帶結構的n型和p型半導體的復合有利于通過內建電場顯著增強光生載流子的分離，同時也能拓展光響應范圍。Bi4O5Br2是一種具有良好雙酚A去除能力的n型半導體，需要另外一種窄帶隙的p-型半導體MnO2進行復合改性以構筑n-p異質結構。
如果復合體系遵從Z-scheme過程，不僅可以獲得更多的光生載流子，而且可以通過在不同組分中相鄰導帶和價帶的電子和空穴的復合獲得具有更強氧化還原電位的載流子，并進一步增強體系的光催化去除能力。因此，本研究選擇了n型的Bi4O5Br2和p型的MnO2半導體材料，采用簡易的一鍋法構筑了具有三維分級結構的復合異質體系Bi4O5Br2-MnO2。
體系的微觀結構和形貌分析證實材料中同時存在兩種預期組分，并且這些異質復合材料在可見光下顯著改善了雙酚A的光催化去除性能。其中，最佳復合樣品0.5 MB具有最大的表觀反應速率常數11.03×10?3min?1，約為純Bi4O5Br2和機械混合物0.5 MB的3.89倍和1.81倍，這主要歸因于增強的可見光吸收、組合而成的良好形貌、合適的化學組成，以及通過n-p異質區域有效分離的光生載流子和相應氧化自由基的生成。
探討了其他可能影響光催化降解性能的因素，如催化劑用量、BPA初始濃度、pH值和無機陰離子的參與。另外，通過GC-MS分析檢測到一些中間體產物，以推測體系中雙酚A光催化降解途徑。最后，證實了體系具有良好的可重復用性和結構穩定性，光催化機理為Z-scheme過程。本研究有助于通過具有三維分級形貌的鉍基n-p異質復合體系在溫和條件下有效光催化去除環境激素。
Bi4O5Br2和復合物XRD譜(a); SEM 圖：Bi4O5Br2(b), MnO2(c), 0.5MB(d)和放大圖(e); 0.5MB SEM圖(f)和元素分布(g); 0.5MB的TEM(h)和HRTEM(i)
各種催化劑去除雙酚A(a), TOC和UV分析雙酚A溶液(b), 光電流(c)和化學電阻抗(d), 吸附測試(e)和180分鐘其他離子存在時的剩余的雙酚A(g)
MB復合物可能的光催化機理