22年5篇CEJ带你了解异质结光催化剂！

一、背景

日益严重的全球性能源短缺和环境污染问题对现代社会的快速发展构成了巨大的威胁。光催化技术被认为是解决污染和能源短缺危机的最有前途的技术之一。因为光催化剂不仅可以将太阳能转化为化学燃料和清洁能源，而且可以通过光催化过程消除污染物。构造异质结光催化剂已被证明是一种巧妙的策略来调节高氧化还原活性电荷载体的寿命，以实现高效的光催化应用。

本文总结了五种不同的异质结光催化剂用于环境的净化和污染物的降解，供大家了解学习。

二、文献分析

1、中国科学院宋茂勇等人CEJ (IF 16.744): 废水中的镉原位升级为核壳结构 ZnS@Zn0.58Cd0.42S异质结光催化剂用于环境净化和 H2 释放

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140258

挑战

重金属的无节制开采造成了环境污染和矿产资源枯竭危机。解决这些问题的首选方法是重金属升级回收。然而，从污染环境中有效回收重金属并将其转化为高附加值产品仍然具有挑战性。

方法

中国科学院生态环境科学研究中心环境纳米技术与健康效应重点实验室宋茂勇团队将废水中的 Cd2+ 直接就地转化为核-壳 ZnS@Zn0.58Cd0.42S 异质结光催化剂（ZSC）。他们开发了含有多组分纳米核（Fe3O4 和 ZnS）的微藻衍生的蛋黄壳微球，用作吸附剂、磁性载体和光催化剂组装平台，以实现 Cd2+ 升级再循环为 ZSC。

创新点

创新点1：作者提供了一种有前途的三合一策略，可以同时从受污染的水中去除、回收和升级循环 Cd2+。

创新点2：由于 ZSC 对太阳能和异质结构的更高利用，ZSC 在制氢和有机污染物降解方面表现出比商业光催化剂（P25-TiO2 和 CdS）高得多的光催化活性。

2、建国大学Sungjun Bae教授团队CEJ (IF 16.744): 可磁分离的 α-NiMoO4/ZnFe2O4/咖啡生物炭异质结光催化剂高效降解酮洛芬

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139546

挑战

利用生物炭(BC)可以提高异质结构的光催化活性。它有捕获光生电子的趋势，增加光生电荷载流子的分离。如何利用好咖啡衍生的生物炭（BC），以减少其对环境的影响是一项挑战。

方法

建国大学土木与环境工程系Sungjun Bae教授团队通过水热法在咖啡生物炭 (BC) 上 ZnFe2O4 纳米球装饰的 α-NiMoO4 纳米棒成功合成了三元光催化剂α-NiMoO4/ ZnFe2O4/BC。可磁分离的 α-NiMoO4 / ZnFe2O4/BC 复合材料在可见光照射下 180 分钟内可降解 98.65% 的酮洛芬 (KP)。

创新点

创新点1：咖啡生物炭 (BC) 在 α-NiMoO4/ ZnFe2O4/BC 中充当良好的电子受体。将 BC 引入 NM/ZF 光催化剂可使量子产率提高两倍。

创新点2：基于 ESR 和清除剂实验，•OH（主要贡献者）和 O2•−/ h+（次要贡献者）促成了 KP 降解。

3、湖南大学李小明教授团队CEJ (IF 16.744): 核壳结构Cu2O@HKUST-1异质结光催化剂在可见光下高效降解盐酸四环素

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131255

挑战

构建异质结在优化光催化剂去除有机污染物方面得到了广泛的应用。然而，两种材料接触界面不紧密和异质界面中不适当的能带排列增加了界面复合，降低了降解效率。

方法

湖南大学环境科学与工程学院李小明教授团队采用一种不需任何表面活性剂或改性预处理的简单策略，利用金属-有机骨架(MOFs)，将立方Cu2O包覆，构建异质结光催化剂。

创新点

创新点1：Cu2O@HKUST-1中具有紧密界面接触的核壳结构和理想的II型能带排列共同作用增加了载流子密度，加速了界面电荷的分离和转移。

创新点2：HKUST-1壳层很好地保护了Cu2O核的光腐蚀，保证了光催化剂在光催化过程中的稳定性。

4、四川大学郭家秀团队CEJ (IF 16.744): 超薄MnO2纳米片包覆Bi2WO6纳米片的异质结光催化剂的合成

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132193

挑战

大多数光催化反应主要发生在催化剂表面。形貌和表面微结构对光催化性能有很大影响，导致形貌调控和表面改性的增强效果非常明显。

方法

四川大学建筑与环境学院郭家秀研究员等人采用简单的水热法成功合成了M/BWO光催化剂，在MnO2和Bi2WO6之间形成异质结界面，并表现出良好的NO光降解性能。

创新点

创新点1：MnO2M和Bi2WO6之间形成的异质结结构可以有效地分离光生电子和空穴，提高光催化活性。

创新点2：MnO2M/Bi2WO6光催化剂比Bi2WO6能产生更多的•OH和•O2-，Mn离子间的电子转移促进了NO的去除。

5、大连民族大学张振翼教授团队CEJ (IF 16.744): 光辅助自组装合成具有长程空间电荷分离的全二维层状异质结光催化剂

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.134001

挑战

近年来，许多研究都集中在异质结光催化剂中电荷-载流子的短程空间分离上。然而，在设计良好的异质结光催化剂中工程长程转移通道以进一步空间分离电荷-载流子仍然是一个巨大的挑战。

方法

大连民族大学物理与材料工程学院张振翼教授团队利用光活性半导体2D SnS2和G-C3N4 NSS将2D石墨烯氧化物(GO)NSS的前驱体转化为还原GO(RGO)NSS。同时，将上述两个二维半导体同时锚定到RGO NSS表面，成功合成了全二维层状SnS2/RGO/G- C3N4纳米片(NSS)异质结光催化剂。

创新点

创新点1：作者合成的SnS2/RGO/G-C3N4 NSS在可见光照射下，二维RGO组件可以为NSS半导体组件中载流子的长程空间分离提供一个宽的电子转移表面。

创新点2：与纯SnS2和G-C3N4异质结光催化剂相比，全二维层状异质结光催化剂对有机染料的光催化氧化降解分别提高了9.2倍和4.6倍，对质子还原分别提高了68倍和3.4倍。

文献解读作者：泓焱

文献解读作者邮箱: 2094294428@qq.com

编辑：朱真逸