利用费米能级差驱动S型电荷转移：在经氧空位工程化处理的Bi2WO6与TiO2复合体系中实现高效的甲苯矿化反应

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Driving S-scheme charge transfer via Fermi level disparity: efficient toluene mineralization over oxygen vacancy engineered Bi2WO6 coupled with TiO2

　　

摘要

光催化降解是一种用于处理如甲苯这类稳定芳香族挥发性有机化合物的可持续方法。然而，在环境条件下高效地将这些污染物分解仍是一个关键难题。本研究通过原位水热法将TiO₂与经过氧空位工程处理的Bi₂WO₆结合，构建了一种n–n S型异质结光催化剂（TB-x：x表示TiO₂/Bi₂WO₆的摩尔比）。0.39电子伏特的功函数差使得Bi₂WO₆向TiO₂产生带弯曲和内部电场，从而形成高效的S型电荷转移路径。因此，优化后的TB-2材料的载流子寿命（21.1皮秒）比原始材料更长。在固定床流动系统中，TB-2在紫外光照射下60分钟内即可将5 ppm浓度的甲苯降解97.2%，其动态清洁空气供应率高达1940升/小时·克，表观量子产率为0.1%。此外，该材料在重复使用以及不同湿度条件下仍保持较高稳定性。原位DRIFTS、EPR和DFT分析表明，该材料的氧化过程是通过苄醇和苯甲醛中间体逐步进行的，最终生成CO₂和H₂O。这项研究通过直接的机制证据，强调了界面能带工程在构建高效空气净化系统中的重要性，尤其是氧空位辅助下的TiO₂/Bi₂WO₆异质结中的S型电荷转移作用。