Carbon Quantum Dot-Decorated BiOBr/Bi2WO6 Photocatalytic Micromotor for Environmental Remediation and DFT Calculation

量子点 环境修复 光催化 催化作用 吸附 材料科学 降级(电信) 分子 可见光谱 光化学 纳米技术 化学工程 人体净化 化学 废物管理 污染 有机化学 光电子学 生物 电信 工程类 计算机科学 生态学
作者
Yuanyuan Zhang,Yue Li,Yuan Yuan
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (22): 13897-13909 被引量:111
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c04149
摘要

Efficient photocatalysts are crucial for degrading antibiotic pollutants in water and vital for environmental remediation. In this study, an efficient carbon quantum dot (CQD)-modified BiOBr/Bi2WO6 hybrid material was prepared by a mild hydrothermal method. Meanwhile, a visible-light-driven micromotor based on the photocatalyst was developed. The micromotor can achieve self-propelled motion powered by the photocatalytic degradation reaction. It exhibited remarkable photocatalytic activity toward common pollutants in water, such as sulfonamide, quinolone, and tetracycline antibiotics. Among them, 10CQD/BiOBr/Bi2WO6-4 (10CBBr-4) exhibited the highest photocatalytic activity, which was 2.8 and 5 times higher than those of BiOBr and Bi2WO6, respectively. The high activity is attributed to the decoration of CQDs, which promoted visible-light absorption. Additional contributions may be due to the specific Z-type electron transport mode and flower-like BiOBr inserted by two-dimensional (2D) Bi2WO6 nanosheets, which enriched the active reaction sites, facilitated the adsorption of antibiotic molecules, and promoted the final radical attack. Based on the theoretical calculation of molecular orbitals and the Fukui index, the possible intermediate products, degradation pathways, and photocatalytic mechanism were elucidated. This study suggests that structural engineering based on CQD modification effectively allows the design of self-propelled microrobots for antibiotic degradation.
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