金屬硫化物由于其合適的帶隙結(jié)構(gòu)、豐富的活性位點(diǎn)以及優(yōu)良的可見光響應(yīng)能力，在光催化領(lǐng)域得到了廣泛研究與應(yīng)用。然而，在光催化過程中，金屬硫化物經(jīng)常出現(xiàn)光腐蝕現(xiàn)象和較低的電荷轉(zhuǎn)移分離效率。近些年來，三元金屬硫化物（TMSs）固溶體由于其優(yōu)異的氧化還原可逆性、高電子電導(dǎo)率和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，被認(rèn)為是光催化反應(yīng)中理想的半導(dǎo)體。目前，TMSs固溶體已廣泛應(yīng)用于光催化制氫、光催化固氮和二氧化碳還原等領(lǐng)域，在光催化降解水體中有機(jī)污染物特別是光催化還原Cr(VI)方面的報(bào)道較少。
近日，內(nèi)蒙古大學(xué)杜春芳教授團(tuán)隊(duì)采用簡(jiǎn)單的水熱法合成了一系列Zn0.1Sn0.1Cd0.8Sx (ZSCS)固溶體，應(yīng)用于Cr(VI)的光催化還原。ZSCS中硫含量的改變誘導(dǎo)立方相CdS向六方相CdS的轉(zhuǎn)變(圖1)，同時(shí)半導(dǎo)體的帶隙結(jié)構(gòu)和硫空位(SV)的含量也得到調(diào)控，這兩者進(jìn)一步提升了光生電子(e－)和空穴(h+)的轉(zhuǎn)移和分離效率。在可見光照射下，ZSCS-5在3 min內(nèi)對(duì)Cr(VI)的還原效率迅速達(dá)到100%。通過紫外-可見漫反射光譜(UV-Vis)、VB-XPS譜、莫特肖特基(M-S)曲線和紫外光電子能譜(UPS)研究了ZSCS的光吸收特性和帶隙結(jié)構(gòu)(圖2)。隨著S含量的減小，ZSCS固溶體的導(dǎo)帶位置更負(fù)，具有更強(qiáng)的還原能力。光照過程中產(chǎn)生的活性組分e－、h+、O2?－和1O2共同參與了Cr(VI)的光催化還原過程(圖3)。這項(xiàng)工作設(shè)計(jì)制備了一種可高效還原水體系中Cr(VI)的三元金屬硫化物固溶體，并有力證實(shí)了通過控制前軀體含量可有效調(diào)節(jié)光催化劑的能帶結(jié)構(gòu)和缺陷數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑催化性能的調(diào)控。
圖1 不同樣品的XRD譜圖(a)和局部放大圖(b) 圖2 不同樣品的UV-Vis光譜(a)、能帶寬度(b)、VB-XPS譜(c)和帶隙結(jié)構(gòu)圖(d) 圖3. ZSCS-5光催化還原Cr(VI)機(jī)理示意圖 論文信息 Synthesis of Zn0.1Sn0.1Cd0.8Sx Solid Solutions for Photocatalytic Reduction of Cr(VI): Bandgap Structure and Sulfur Vacancy Regulation Pengfei Zhang, Na Zhang, Zhiliang Liu, Chunfang Du* 文章第一作者為內(nèi)蒙古大學(xué)博士研究生張鵬飛 Chemistry – An Asian Journal DOI: 10.1002/asia.202300089
