Oxygen vacancy induction strategy to regulate the evolution of valence- and free-electrons for boosting visible photodegradation of tetracycline hydrochloride

光降解 电子转移 光化学 空位缺陷 氧化还原 价(化学) 价电子 化学 电子 光催化 化学物理 材料科学 无机化学 物理 催化作用 结晶学 有机化学 量子力学
作者
Xue Luo,Lingxiang Zhao,Huajing Zhou,Liang He,Xin Lei,Qingqing Guan,Zilian Liu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:466: 133624-133624 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.133624
摘要

The generation, migration and reaction paths of electrons are the key steps for photodegradation of pollutants. However, efficient operation of the above pathways is still challenging. Herein, by strong coordination and slow pyrolysis, we constructed a narrow band Zn-Mn bimetallic photoactive core-shell material (Mn@Zn-N-C, Eg = 3.38 eV) with abundant oxygen vacancies for enhancing the above electronic paths. The photodegradation experiments of tetracycline hydrochloride (TCH) showed that the formation and transfer of vacancy-induced free electrons in the synthesized Mn@Zn-N-C was the key to improve the photocatalytic activity. The DFT calculation results revealed that the photogenerated electrons can transfer along the Mn-O-Zn bridge in Mn@Zn-N-C, and promote the formation of MnIV, which directly capture the free electrons and reset itself to MnII site. In this case, the introduction of Mn would enhance the separation of h+ and e-. The adjacent vacancies and defects then also trapped the above free electrons and hinder the recombination of photogenerated carriers. Simultaneously, the localized valence electron transfer between the above redox pairs (Mn4+/Mn2+ and Zn2+/Zn0) also promoted the long-term stability of the photocatalytic process. In summary, using vacancy induction strategy to regulate the evolution of valence- and free-electrons is a promising method to improve the production-transfer-utilization efficiency of photogenerated carriers.
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