Photocatalytic O2 activation enhancement and algae inactivation mechanism of BiO2−x/Bi3NbO7 van der Waals heterojunction

自然键轨道 光催化 范德瓦尔斯力 异质结 光化学 光降解 化学 材料科学 密度泛函理论 计算化学 有机化学 催化作用 光电子学 分子
作者
Dongyu Xu,Geng Li,Yilin Dong,Qiuwen Wang,Jie Zhang,Tongsa Yang,Shaoxuan Pang,Guangming Zhang,Longyi Lv,Yuguo Xia,Zhijun Ren,Pengfei Wang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:312: 121402-121402 被引量:65
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121402
摘要

The removal of algae by reactive oxygen species (ROS) through photocatalytic O 2 activation is still a challenge. Herein, we constructed a van der Waals (VDW) heterojunction photocatalyst by coupling BiO 2−x with Bi 3 NbO 7 for photocatalytic inactivation of Microcystic aeruginosa and photodegradation of Microcystin-LR. The oxygen vacancies in BiO 2−x /Bi 3 NbO 7 can effectively promote the chemisorption of O 2 , and the VDW force can drive the photoelectrons in Bi 3 NbO 7 transfer to BiO 2−x through S-scheme transfer path, resulting more electrons reduce O 2 to·O 2 - . Hence, photocatalytic inactivation of algae by BiO 2−x /Bi 3 NbO 7 is 14.17 and 19.05 times higher than BiO 2−x and Bi 3 NbO 7 , respectively. During the photocatalysis, the·O 2 - damages the antioxidant system and cell membrane of algae, resulting in the release of organic matter and Microcystin-LR and finally causing the death of algae. The three-dimensional fluorescence spectroscopy indicates BiO 2−x /Bi 3 NbO 7 can further availably photodegrade the organic matter, and four possible photodegradation pathways of MC-LR are proposed. • The BiO 2−x and Bi 3 NbO 7 based 2D/2D novel Van der Waals heterostructure is reported. • The oxygen vacancies in BiO 2−x /Bi 3 NbO 7 can promote the chemisorption of O 2 . • BiO 2−x /8.0Bi 3 NbO 7 shows the best photocatalytic inactivation of algae. • Charge separation in VDW heterojunction is enhanced via S-scheme mechanism. • Photocatalytic inactivation mechanism of algae is proposed.
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