Z-Scheme Cu2O/Bi/BiVO4 Nanocomposite Photocatalysts: Synthesis, Characterization, and Application for CO2 Photoreduction

单斜晶系 钒酸铋 纳米复合材料 四方晶系 光催化 热液循环 可见光谱 异质结 材料科学 化学工程 晶体结构 纳米技术 化学 光电子学 催化作用 结晶学 工程类 生物化学
作者
Wenkai Wang,Xinyan Feng,Limiao Chen,Fuqin Zhang
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:60 (50): 18384-18396 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.1c03581
摘要

The rational design and facile fabrication of visible-light responsive photocatalysts with excellent photocatalytic performance and photostability are still a great challenge for photocatalytic CO2 reduction into solar fuels. Herein, novel Z-scheme composite photocatalysts composed of monoclinic or tetragonal BiVO4 (m-BiVO4 or t-BiVO4) nanochains, metallic Bi nanoparticles, and Cu2O nanosheets (Cu2O/Bi/BiVO4) were successfully constructed by using a facile solvothermal method combined with a subsequent hydrothermal process. The characterization results revealed that the crystal phase of BiVO4 and the content of Cu2O and metallic Bi in Cu2O/Bi/BiVO4 can be easily manipulated by tuning the reaction conditions. Photoreduction experiments demonstrated that the Cu2O content and crystal phase of BiVO4 had a great influence on the photocatalytic activity of Cu2O/Bi/BiVO4. The optimized Cu2O/Bi/m-BiVO4 exhibited significantly improved CH4/CO evolution rates of 1.8/8.4 μmol/(g·h) under visible-light irradiation, being much higher than those of Bi/m-BiVO4 [0.32/1.9 μmol/(g·h)] and Cu2O [0.12/1.0 μmol/(g·h)]. Moreover, Cu2O/Bi/m-BiVO4 also displayed much higher photocatalytic activity as compared to Cu2O/Bi/t-BiVO4 with a similar Cu2O content. The enhanced photocatalytic performance of Cu2O/Bi/m-BiVO4 was predominantly ascribed to the large surface area, enhanced harvesting capability of visible light, abundant oxygen vacancies, and improved charge separation efficiency as a result of the Z-scheme heterojunctions. In addition, a possible charge-transfer mechanism for Cu2O/Bi/m-BiVO4 with enhanced photocatalytic activity was also proposed.
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