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我室孔洁静副教授等在ACB杂志上发表“具有热释电效应的S型异质结催化剂在可见光下高效催化降解含碳烟VOCs”的最新学术论文

发布日期:2024-12-05              点击:

近日,广东工业大学环境健康与污染控制研究院、环境科学与工程学院安太成教授团队在光催化降解大气污染物方面取得最新研究进展,研究成果以Pyroelectric Pt-supported S-scheme heterojunction catalyst for effective photocatalytic degradation of VOCs containing soot driven by visible light》为题发表在Applied Catalysis B: Environment and Energy (2025, 365, 124858)期刊上。论文的第一作者为孔洁静副教授,通讯作者为安太成教授。在这项工作中,主要通过水热法将少量Pt和过量Bi引入Bi2WO6 中,成功研制出具有高氧化还原性的S型异质结催化剂(Pt/Bi-Bi2WO6 /CeO2)并应用于高效可见光催化降解含碳烟VOCs。发现在光催化过程中,界面处Bi的表面等离子共振效应及碳黑的吸光传热特性共同触发了Bi2WO6的热释电极化,进一步促进光生电荷的产生和分离,同时还诱导了Pt/Bi-Bi2WO6 /CeO2光热协同催化效应,从而成功实现对含碳烟VOCs的深度净化。这一创新应用不仅显著提升了VOCs的污染控制排放效率,还实现了碳烟废物的有效利用,完美诠释了环境保护和循环经济的重要协同理念。

 

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论文网址: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124858

在光催化的实际应用中,实现可见光响应下的高量子产率与强氧化还原性的平衡,以达到卓越的光催化性能,目前始终还是一项艰巨的挑战。本研究通过简便的水热法,巧妙地将微量Pt与过量Bi引入Bi2WO6 /CeO2体系,成功开发出一种具有高氧化还原性能的S型异质结催化剂—Pt/Bi-Bi2WO6 /CeO2。催化剂的表征实验证明:在这一精妙的结构中,光生电荷的迁移遵循S型机制。界面处的Bi扮演了双重且至关重要的角色:① Bi如同一座连接着Bi2WO6 /CeO2的电子导桥,有效促进低电势光生电荷的湮灭;② Bi的等离子体共振效应可以激发产生热电子,从而触发Bi2WO6 的热释电效应。同时发现表面负载的Pt纳米颗粒可以捕获并稳定高电势的光生电子。这些有利因素的共同作用下,不仅促进了光生电荷的产生与分离,还增强了光催化剂的氧化还原活性,同时加快了活性氧物种的生成。并且将Pt/Bi-Bi2WO6 /CeO2应用于可见光催化降解含碳烟VOCs反应,不仅实现了VOCs的高效矿化,还充分利用了碳黑的吸光传热特性,诱发产生光热协同效应,进一步加速VOCs的催化降解。本研究为高效净化含碳烟VOCs提供了一种创新的可见光催化消除策略。更为值得一提的是,在催化反应过程中,原本被视为污染物的碳黑被完美转化为有价值的助催化剂,实现了废物资源的有效利用。这一创新成果不仅为可见光光催化技术的应用发展注入了新的活力,也为环境保护和可持续发展贡献了一份力量。

图文摘要

英文摘要

The trade-off between high visible-light response quantum yields and strong redox activity to achieve effective overall photocatalytic performance is still challengeable in the field of photocatalytic application. Herein, S-scheme heterojunction catalyst with high redox potential was developed by introducing small amount of Pt and excessive Bi into Bi2WO6 /CeO2(denoted as BWO/CeO2) through simple hydrothermal method, and applied to efficiently photocatalytic degradation of typical VOCs containing soot under visible light. It is experimentally proven that photogenerated charge transfer follows an S-scheme mechanism with interfacial Bi as a charge-transfer bridge and surface-deposited Pt as a photoexcited-electron trapper, which not only promotes charge separation but also enhances redox activity. Besides, both surface plasmon resonance of Bi nanoparticles and photothermal effect of soot trigger pyroelectric polarization of BWO to boost charge generation and separation, meanwhile induce photothermal synergistic effect of Pt/Bi-BWO/CeO2. All these beneficial factors lead to remarkably higher photocatalytic activity of Pt/Bi-BWO/CeO2 catalyst in comparison with single component of photocatalysts, with higher reaction rate constant of 2.3 times than BWO/CeO2 and 20.2 times than commercial CeO2. This work provides a visible photocatalytic strategy to efficiently purify VOCs containing soot, while perfectly transform soot pollutant into a valuable cocatalyst during catalytic processes.

 


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