Manipulation of Oxygen Vacancies and Charge Transfer for Enhancing Visible–Near-Infrared Photodegradation

光降解 红外线的 光化学 电荷(物理) 氧气 化学 可见光谱 化学物理 材料科学 光电子学 光催化 催化作用 光学 有机化学 物理 量子力学
作者
Dongliang Li,Liqiang Deng,Huiyan Chen,Xinran Song,Chao Chen,Yu Feng,Hui Bai,Yong-Qi Qin,Weimin Zhang,Congming Li
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.4c04739
摘要

Photocatalytic degradation technology has drawn extensive attention due to its ability to utilize light energy for pollutant degradation. However, the generation of superoxide and hydroxyl radicals under broad-spectrum light confronts significant challenges. Herein, N-GQDs/TiO2–x was rationally designed by adjusting oxygen vacancies (Ov) densities and constructing interfacial charge transfer channels. First, in situ XRD and EPR investigations disclosed that lowering the calcination temperature enabled the easy formation of rich oxygen vacancies. These vacancies introduced mid-gap states within the bandgap of TiO2–x, thereby facilitating efficient light absorption. Meanwhile, the increased Ov density enhanced electron transport and facilitated electron escape in TiO2–x. Moreover, an interfacial charge transfer channel was established between N-GQDs and TiO2–x, which effectively promoted the transfer of photogenerated carriers. Because of these structural and electronic modifications, both ·OH and ·O2– could be readily generated under visible and near-infrared light irradiations. Notably, under the irradiation of 470 nm LEDs, 99.3% of acid chrome blue K (AcbK) was degraded by N-GQDs/TiO2–x within 120 min. This work emphasizes the vital synergistic role of oxygen vacancies and interfacial charge-transfer channels, guiding the design of high-performance, full-spectrum photocatalysts for environmental applications.

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