Bi–O–Si键作为热电子传输通道增强SiO2@Bi微球的等离子体光催化效率

• Published in: 催化学报 2017, Vol.38 (7), p.1174-1183
• Main Author: 倪紫琳 张文东 蒋光明 王小平 鲁贞贞 孙艳娟 李欣蔚 张育新 董帆
• Format: Article
• Language: Chinese
• Subjects: Bi–O–Si键; O2@Bi金属; Si; 光催化去除一氧化氮; 原位漫反射红外光谱; 电子传输
• ISSN: 0253-9837; 1872-2067
• DOI: 10.1016/S1872-2067(17)62849-3

具有等离子体效应的贵金属Au和Ag等常被用于修饰半导体光催化剂.非贵金属Bi成本低,来源丰富,最近被报道可以直接作为等离子体光催化剂应用于空气中NO净化.为了进一步提高Bi单质的光催化活性,需对其进行改性.SiO2的禁带宽度过大,不能单独作为光催化剂,但它的稳定性好,比表面积大,因而常作复合材料用于提高光催化剂的反应效率、稳定性及对反应物的吸附能力.目前,尚未见SiO2修饰Bi单质的相关报道.本文通过溶剂热法制备了SiO2@Bi微球,并对其微结构进行了表征,对光催化氧化NO的反应过程进行了原位漫反射红外光谱（DRIFTS）分析,揭示了Bi–O–Si键在提升SiO2@Bi光催化氧化NO性能中的作用机制.结果显示,用SiO2纳米颗粒修饰Bi球,形成的Bi–O–Si键作为热电子传输通道,能显著提高Bi单质光催化氧化去除NO的能力.扫描电镜、透射电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等表征结果表明,SiO2纳米颗粒负载于Bi球上,且SiO2@Bi内形成了Bi–O–Si键.作为光生热电子的传输通道,Bi–O–Si键能促进光生电子的转移和载流子的分离,提高活性自由基·OH和·O2^-的产量,增强SiO2@Bi在紫外光下等离子体光催化氧化NO的能力.自由基捕获测试（ESR）表明,SiO2@Bi在光催化反应中产生的·OH和·O2^-数量均明显高于单质Bi在反应中形成自由基的数量.原位DRIFTS发现,Bi–O–Si键能快速转移光生电子,从而有利于NO→NO2→NO3^-反应的进行.此外,SiO2@Bi的比表面积变大,因而对NO的吸附能力增强,同时促进了光催化反应.本文揭示了SiO2@Bi等离子体光催化性能增强的微观机制和光催化氧化NO的反应机理,为Bi基光催化剂的改性和应用提供了新的认识.