带隙可调的钨酸铋-二氧化钛S型异质结：优化界面电子结构以实现快速挥发性有机物矿化

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Bandgap-adjusted bismuth tungstate-titanium dioxide S-scheme heterojunctions: Optimizing interfacial electronic structure for rapid VOC mineralization

　　

摘要

为有效克服传统光催化剂的缺陷，尤其是氧化还原电位不足的问题，研究人员通过精确调控能带结构，设计并合成了一系列经过精心设计的TiO₂-Bi₂WO₆异质结光催化剂，将其命名为TB-x（x表示Bi与Ti的摩尔比%）。这种由宽能隙的TiO₂（3.0–3.2 eV）与窄能隙的Bi₂WO₆（2.6–2.9 eV）结合而成的理想界面电子结构，使得在低强度紫外线照射（约1 W）下仍能实现高效的电荷传递。经过优化的TB-5在600秒内即可完全去除5 ppm的甲醛（FA浓度为100% X_FA），其清洁空气输出率为10.37 L min^-1，表观量子产率为2.68E-01%。其优异的性能得益于稳定的S型异质结结构的形成，这一结论既通过实验验证，也通过密度泛函理论计算得到证实。该电荷保持机制十分稳定，能够在2小时内将初始浓度为100 ppm的81.6%的甲醛转化为二氧化碳。原位DRIFTS分析进一步表明，甲醛的氧化过程是依次经过二氧亚甲基和甲酸中间体实现的。这项研究通过将先进的S型结构设计与原子级机理分析相结合，为实际室内空气净化提供了重要策略，也为从实验室研究走向实际应用奠定了基础。

图形摘要

此图片的替代文本可能是由人工智能生成的。

为有效克服传统光催化剂的缺陷，尤其是氧化还原电位不足的问题，研究人员通过精确调控能带结构，设计并合成了一系列经过精心设计的TiO₂-Bi₂WO₆异质结光催化剂，将其命名为TB-x（x表示Bi与Ti的摩尔比%）。这种由宽能隙的TiO₂（3.0–3.2 eV）与窄能隙的Bi₂WO₆（2.6–2.9 eV）结合而成的理想界面电子结构，使得在低强度紫外线照射（约1 W）下仍能实现高效的电荷传递。经过优化的TB-5在600秒内即可完全去除5 ppm的甲醛（FA浓度为100% X_FA），其清洁空气输出率为10.37 L min^-1，表观量子产率为2.68E-01%。其优异的性能得益于稳定的S型异质结结构的形成，这一结论既通过实验验证，也通过密度泛函理论计算得到证实。该电荷保持机制十分稳定，能够在2小时内将初始浓度为100 ppm的81.6%的甲醛转化为二氧化碳。原位DRIFTS分析进一步表明，甲醛的氧化过程是依次经过二氧亚甲基和甲酸中间体实现的。这项研究通过将先进的S型结构设计与原子级机理分析相结合，为实际室内空气净化提供了重要策略，也为从实验室研究走向实际应用奠定了基础。

图形摘要

此图片的替代文本可能是由人工智能生成的。