Dimensional-matched two dimensional/two dimensional TiO2/Bi2O3 step-scheme heterojunction for boosted photocatalytic performance of sterilization and water splitting

异质结 光催化 X射线光电子能谱 分解水 材料科学 光化学 光电效应 光电子学 激进的 化学工程 化学 催化作用 生物化学 工程类 有机化学
作者
Jingsong Gao,Shaosheng Rao,Xiaohui Yu,Lele Wang,Jinghang Xu,Juan Yang,Qinqin Liu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:628: 166-178 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.07.112
摘要

A Step-scheme (S-scheme) heterojunction can regulate the directional migration of powerful photogenerated carriers and realize high photocatalytic activity. Herein, we propose a novel dimensional matched S-scheme photocatalyst comprising of two-dimensional (2D) TiO2 nanosheets and 2D Bi2O3 nanosheets for environmental and energy applications, such as water sterilization and water splitting. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electron paramagnetic resonance, in-situ irradiated XPS and theoretical calculations provided strong evidence that the photocarrier migration in the TiO2/Bi2O3 composite followed the S-scheme mode, which efficiently prevented the recombination of powerful photocarriers, thereby enabling the heterojunction with a strong redox ability for producing abundant reactive oxygen species. The tight and large 2D/2D interface minimized the distance of photocarrier migration to further extend the lifetime of useful photocarriers (active radicals for sterilization and photoelectrons for H2 generation). The 2D/2D TiO2/Bi2O3 heterojunction demonstrated an improved photocatalytic antibacterial performance with complete inactivation of 4.63 × 107 CFU mL-1Escherichia coli cells within 6 h in water. In addition, the heterojunction displayed a H2 generation rate of 12.08 mmol h-1g-1 through water splitting process. This study provides a potential bifunctional photocatalyst for minimizing the adverse impact of pollution on the environment.
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