S-scheme heterojunction/Schottky junction tandem synergistic effect promotes visible-light-driven catalytic activity

异质结 串联 材料科学 肖特基势垒 光电子学 光催化 量子点 降级(电信) 纳米技术 化学 电子工程 催化作用 二极管 复合材料 生物化学 工程类
作者
Shuai Wang,Xin Du,Changhao Yao,Yifeng Cai,Huiyuan Ma,Baojiang Jiang,Jun Ma
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (2): 2152-2162 被引量:32
标识
DOI:10.1007/s12274-022-4960-8
摘要

Designing photocatalysts with high light utilization and efficient photogenerated carrier separation for pollutant degradation is one of the important topics for sustainable development. In this study, hierarchical core-shell material α-Fe2O3@ZnIn2S4 with a step-scheme (S-scheme) heterojunction is synthesized by in situ growth technique, and MXene Ti3C2 quantum dots (QDs) are introduced to construct a double-heterojunction tandem mechanism. The photodegradation efficiency of α-Fe2O3@ZnIn2S4/Ti3C2 QDs to bisphenol A is 96.1% and its reaction rate constant attained 0.02595 min−1, which is 12.3 times that of pure α-Fe2O3. Meanwhile, a series of characterizations analyze the reasons for the enhanced photocatalytic activity, and the charge transport path of the S-scheme heterojunction/Schottky junction tandem is investigated. The construction of the S-scheme heterojunction enables the photo-generated electrons of α-Fe2O3 and the holes of ZnIn2S4 to transfer and combine under the action of the reverse built-in electric field. Due to the metallic conductivity of Ti3C2 QDs, the photogenerated electrons of ZnIn2S4 are further transferred to Ti3C2 QDs to form a Schottky junction, which in turn forms a double-heterojunction tandem mechanism, showing a remarkable charge separation efficiency. This work provides a new opinion for the construction of tandem double heterojunctions to degrade harmful pollutants.
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