이 논문에서는 소설 WS2 /Bi2 MoO6 이종 구조의 광촉매는 사전 박리된 층상 WS2를 사용하여 손쉬운 용매열 성장 방법을 통해 성공적으로 제작되었습니다. 나노 조각을 기질로 사용합니다. 준비된 WS2의 구조, 형태 및 광학적 특성 /Bi2 MoO6 샘플은 XRD, XPS, SEM, TEM(HRTEM) 및 UV-vis 확산 반사 스펙트럼(DRS)으로 특성화되었습니다. 결과는 적층된 WS2 사이에 우수한 나노접합 계면의 존재를 확인했습니다. 나노슬라이스 및 Bi2 MoO6 나노플레이크. 가시광선(>420nm)에서 WS2 /Bi2 MoO6 복합 재료는 순수 Bi2에 비해 크게 향상된 광촉매 활성을 나타냅니다. MoO6 로다민 B(RhB)의 분해를 향해. 한편, 활성 종 포획 실험은 구멍(h + )는 광촉매 반응 동안 주요 활성 종이었다. 향상된 광촉매 성능은 효과적인 광 수확, 빠른 광생성 전자-정공 쌍 분리 및 WS2의 우수한 전하 캐리어 수송에 기인할 수 있습니다. /Bi2 MoO6 이종 구조. 또한 준비된 WS2 /Bi2 MoO6 복합 재료는 또한 반복성 실험에서 우수한 구조적 및 활성 안정성을 보여줍니다.
<섹션 데이터-제목="배경">광촉매는 청정 에너지 활용 방식으로 인해 가장 유망한 환경 정화 기술 중 하나로 널리 알려져 있다[1, 2]. 일반적으로 일부에서는 TiO2와 같이 금지된 간격이 넓은 고효율 광촉매가 및 ZnO는 자외선 조사만 이용할 수 있습니다[3]. 실제 적용과 관련하여 광촉매가 가시 영역에서 풍부한 태양 에너지를 유리하게 흡수할 수 있게 되면 광촉매 전략이 크게 향상될 것입니다. 이를 위해 협대역 반도체를 이용하여 충분한 태양에너지 이용을 위한 가시광선 광촉매를 조사하려는 시도가 많다[4,5,6]. 단상 광촉매는 가시광선에 의해 원활하게 여기될 수 있지만 광유도 전자와 정공의 빠른 재결합으로 인한 전하 분리 효율이 낮아 에너지 변환 효율이 여전히 낮다[7]. 이종 접합의 접촉 계면 영역이 내부 전기장을 제공하여 재결합 확률을 억제하여 효율적인 광촉매 성능을 제공하기 때문에 이종 구조가 광 유도 전하의 분리 확률을 향상시킬 수 있다는 것이 널리 받아 들여지고 있습니다. 일반적으로 설계된 이종 구조는 더 많은 가시광 에너지를 수집한 다음 더 많은 광유도 전하를 생성하기 위해 적어도 하나의 협대역 반도체를 채택합니다[8, 9].
새로운 광촉매로 Bi2 MoO6 독특한 샌드위치 층 구조를 가지고 있기 때문에 가시광 구동 광촉매 분야에서 주목받고 있다[10, 11]. 앞서 언급했듯이 순수한 Bi2 MoO6 광생성 전하 운반체의 높은 재결합 확률로 인해 효율적인 가시광선 광촉매로 활용하기에는 적합하지 않습니다. 따라서 적절한 하이브리드 나노구조의 아키텍처를 사용하고 특히 2차원(2D) 나노시트의 도입을 사용하여 이러한 문제를 해결하는 몇 가지 효과적인 전략이 광촉매 반응 과정에서 두 구성 요소 간의 계면 전하 이동을 강화하는 효과적인 접근 방식으로 입증되었습니다. 분명히, Bi2 사이의 이종 구조가 예상됩니다. MoO6 그리고 2D 적층 물질은 가시광선 조사에 의해 광촉매 효율을 증가시킬 것입니다[8].
층상 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)는 유사한 그래핀 망상 구조로 인해 일종의 유망한 로딩 물질로 널리 간주됩니다[12, 13]. 특히 TMD의 단층 및 소수의 층은 고유한 전자 특성과 높은 비표면적 때문에 촉매 및 에너지 저장에 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다[14, 15]. 예를 들어, 단층 및 소수층 MoS2 최근 광촉매 연구에서 과학계의 주목을 받고 있는데, 이는 층간 결합의 결여와 역대칭의 결여로 인해 벌크의 광전 특성과 현저하게 다른 광전 특성을 나타냅니다[14, 16, 17]. 효율적인 가시광 구동 증감 이종 접합 광촉매에 대한 재료 설계 관점에서 주요 관심사는 하이브리드 좁은 밴드 갭(1.1–1.7 eV)이 태양 스펙트럼과 밀접하게 일치할 수 있다는 것입니다[18]. 실제로 MoS2와 같은 일반적인 2D 적층 반도체는 또는 g-C3 N4 , TMD 나노시트는 다양한 에너지 밴드 하이브리드 전략을 통해 이종구조 복합 광촉매를 확립하기 위한 지지체로 자주 활용되는 잠재적 광촉매 응용 분야를 탐색하기 위해 상당한 관심을 받았습니다[19, 20]. 예를 들어, 계층적 MoS2 /Bi2 MoO6 복합 재료는 가시광선 조사에서 로다민 B의 광촉매 산화에 대한 효율적인 성능을 나타냈습니다[21]. 그러나 WS2의 단층 또는 소수 계층 이종 구조 아키텍처 /Bi2 MoO6 가시광선 광촉매로 보고된 바 없습니다.
여기에서 우리는 이종 구조의 WS2를 제작하기 위한 손쉬운 전략을 시연했습니다. /Bi2 MoO6 사전 박리 적층 WS2를 사용한 손쉬운 용매열 성장 방법을 통한 합성물 나노슬라이스를 지원합니다. WS2 /Bi2 MoO6 가시광선(λ)에서 로다민 B(RhB)의 분해에 대해 우수한 광촉매 활성을 나타냅니다.> 420nm) 조사. XRD, XPS, SEM 및 TEM의 미세구조 특성 분석에 따르면, 소수층 WS2의 가능한 광촉매 메커니즘 /Bi2 MoO6 합성도 해명했다. Bi2 MoO6 및 WS2 광 생성 전하의 신속한 이동을 허용하고 자체 응집을 감소시킬 수 있습니다. WS2의 우수한 광촉매 활성으로 추정됩니다. /Bi2 MoO6 이는 광유도 캐리어의 높은 이동 효율과 계면 전자 상호 작용에 기인합니다. 이러한 결과는 또한 다른 이종구조 광촉매의 설계에 대한 통찰력을 제공하는 귀중한 관점을 제공할 것입니다.
레이어드 상업용 WS2의 액체 각질 제거 수정된 보고 방법[22]에 따라 수행되었습니다. 간단히 말해서 50mg의 상업용 WS2 분말(Aladdin Industrial Corporation에서 구매)을 분산 용매로 첨가된 EtOH 부피 분율 40%와 함께 에탄올/물 20mL에 첨가했습니다. 밀봉된 플라스크를 10시간 동안 초음파 처리한 다음 분산액을 3000rpm에서 20분 동안 원심분리하여 응집체를 제거했습니다. 마지막으로 상층액을 수집하여 소수층 WS2 나노슬라이스. 상층액의 2D 나노시트 농도를 결정하기 위해 고정 파장 630nm에서 UV-vis 흡수 스펙트럼을 측정하여 상층액에 남아 있는 질량을 추정했습니다. Lambert-Beer 법칙에 따른 계산 결과 박리된 WS2 분산 농도는 약 0.265 ± 0.02 mg/ml였습니다.
WS2 /Bi2 MoO6 샘플은 손쉬운 용매열 방법을 사용하여 합성되었습니다. 일반적으로 Bi 2mmol(NO3 )3 ·5H2 용해된 Na2를 포함하는 10mL의 에틸렌 글리콜 용액에 O를 첨가했습니다. MoO4 ·2H2 자기 교반 하에 Bi/Mo 몰비가 2:1인 O. 각질제거 WS2 적당량 나노슬라이스를 20mL 에탄올에 분산시키고 실온에서 45분 동안 초음파 처리했습니다. 그런 다음 위의 용액에 천천히 첨가하고 10분 동안 교반하여 균질한 상을 형성하였다. 생성된 용액을 50mL 테플론 안감 스테인리스강 오토클레이브에 옮기고 160°C에서 10시간 동안 유지했습니다. 그 후, 오토클레이브를 서서히 실온으로 냉각시켰다. 마지막으로, 침전물을 원심분리하고 에탄올 및 탈이온수로 여러 번 세척하고 80°C의 진공 오븐에서 6시간 동안 건조했습니다. 이 방법에 따르면 WS2 /Bi2 MoO6 다른 WS2가 있는 합성물 질량비(1, 3, 5, 7wt%)가 합성되었습니다. 비교를 위해 공백 Bi2 MoO6 WS2가 없을 때 준비되었습니다. 동일한 실험 조건을 사용합니다.
시료의 구조와 형태는 주사전자현미경(SEM; JEOL JSM-6701F, Japan), 투과전자현미경(TEM; JEOL 2100, Japan), 고해상도 투과전자현미경(HRTEM; JEOL 2100, Japan), 및 분말 X선 회절(XRD; Cu-Kα 방사선 소스를 사용하는 Bruker D8 Advance, λ =1.5406 Å, 미국). 샘플의 자외선 가시광선 확산 반사 스펙트럼(DRS)은 200~800nm 범위의 실온에서 적분구가 장착된 UV-vis 분광광도계(Cary 500 Scan Spectrophotometers, Varian, USA)에서 수행되었습니다. 촉매 표면 원소의 전자 상태는 X선 광전자 분광법(XPS; Shimadzu Corporation, Japan, Al-Kα X-ray 소스)을 사용하여 확인되었습니다.
실험의 모든 촉매 활성에서 샘플 50mg을 RhB 수용액(50mL, 10mg/L)에 첨가하고 Pyrex 유리 용기에서 자기 교반한 다음 300W Xe 아크 램프(PLS-SXE 300)로 방사형 조사했습니다. , Beijing Perfect Company, Labsolar-III AG), λ 가시광선 제공 자외선 UVCUT-420nm 차단 필터(CE Aulight. Inc)로 ≥ 420nm 자외선 필터와 RhB 수용액 사이의 거리는 약 6.5mm였습니다. 그리고 가시광선의 전력 밀도는 150mW/cm 2 였습니다. , 이는 광파워미터(PD130, Thorlabs, USA)에 의해 추정되었다. 조사 전에 현탁액을 30분 동안 자기 교반 하에 암실에서 보관하여 흡착/탈착 평형이 확립되도록 하였다. 주어진 시간 간격으로 현탁액에서 2mL를 수집하고 즉시 원심분리했습니다. UV-vis 분광광도계(Shimadzu UV-2550, Shimadzu Corporation, Japan)를 사용하여 조명 후 RhB의 농도를 553nm에서 모니터링했습니다. 상대 농도(C /C 0 ) 흡광도(A /A 0 ) 553nm에서 모든 실험은 최소한 이중으로 수행되었습니다. 보고된 값은 ±2%의 실험 오차 범위 내에 있었습니다. Lambert-Beer 법칙과 결합하면 광촉매 분해 속도 상수(k )의 RhB는 다음 공식을 사용하여 구했습니다.
$$ \ln \left({C}_0/ C\right)\kern0.5em =\kern0.5em k t $$여기서 C 반응 시간 t에서의 RhB 농도 , C 0 는 반응 시작시 RhB의 흡탈착 평형 농도이며, A 그리고 A 0 해당 흡광도 값입니다.
또한, 광촉매 반응성 동안 생성된 활성 종을 확인하기 위해 2mM 이소프로판올(IPA, ·OH의 소광제), 2mM 이나트륨 에틸렌디아민 테트라아세트산(EDTA, 소광제)을 비롯한 다양한 스캐빈저를 RhB 용액에 첨가했습니다. + ) 및 2mM p -벤조퀴논(BQ; a ·O2 - 스캐빈저), 40mL/분 N2 (전자 소광제). 광촉매 분해에 대한 비교 실험은 위에서 언급한 것과 동일한 반응 조건에서 수행되었습니다.
준비된 샘플의 조성과 결정 구조를 확인하기 위해 XRD 연구를 수행했습니다. 그림 1과 같이 순수 WS2 , 14.4°, 33.6°, 39.6°, 49.8° 및 58.5°에 위치한 5개의 피크가 관찰되었으며, 이는 (002), (101), (103), (105) 및 (110)과 잘 일치합니다. WS2의 수정면 (JCPDS 카드 번호 84-1398). 순정 Bi2도 MoO6 , 2θ에서 (131), (200), (151), (260), (331) 및 (262) 평면의 회절 피크 =28.2°, 32.5°, 36.0°, 47.1°, 55.4° 및 58.5°, Bi2의 사방정계 위상으로 인덱싱 가능 MoO6 (JCPDS 카드 번호 76-2388). 소수 계층 WS2의 경우 /Bi2 MoO6 복합 재료의 경우 XRD 패턴은 육각상 WS2의 특징적인 회절 피크만 표시합니다. 사방정계 상 Bi2 MoO6 . 또한 Bi2의 표준 데이터와 비교하여 MoO6 (no. 76-2388), 소수의 WS2 존재 Bi2의 회절 피크 위치를 변경하지 않았습니다. MoO6 Bi2를 나타내는 복합 샘플에서 MoO6 소수층 WS2에서 성장한 나노플레이크 WS2에 통합되지 않고 나노슬라이스 격자. 현재 해상도에서 불순물 상의 흔적이 없으며 이는 준비된 샘플의 높은 순도를 나타냅니다.
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Bi2의 X선 회절 패턴 MoO6 , 소수 계층 WS2 및 WS2 /Bi2 MoO6 (5 중량%) 합성물
합성된 샘플의 형태는 SEM을 사용하여 조사되었습니다. 비교를 위해 대량 원시 WS2의 SEM 이미지 초음파 처리 없이 박리된 나노 슬라이스는 그림 2a, b에 나와 있습니다. 전자는 두께가 약 20μm인 뚜렷한 다층 적층 형태를 나타내는 반면, 후자는 수십 나노미터에서 1-2μm까지 다양한 두께로 2D 시트와 같은 형태를 나타냅니다. 결과는 계층화된 상업용 WS2 소수 계층 WS2로 제거되었습니다. 나노슬라이스. 그림 2c는 순수 Bi2의 SEM 이미지를 보여줍니다. MoO6 . Bi2 MoO6 거친 표면을 가진 미소구체 형태를 나타내었다. 자세히 조사하면 미소구가 수많은 2차 Bi2로 구성되어 있음이 밝혀졌습니다. MoO6 나노 플레이트. 또한 Bi2일 때 MoO6 2D 소수 레이어 WS2에 증착되었습니다. 손쉬운 용매열 과정(그림 2d)을 통해 WS2의 표면이 나노슬라이스는 수많은 2차원 Bi2로 균일하게 덮였습니다. MoO6 nanoplates(그림 2d) 및 WS2 형성 /Bi2 MoO6 계층 구조.
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대량 원시 WS2의 SEM 이미지 (아 ), 박리된 WS2 나노슬라이스(b ), 순수 Bi2 MoO6 (ㄷ ) 및 WS2 /Bi2 MoO6 (5 중량%) 합성물(d )
소수층 WS2의 나노구조에 대한 추가 정보 /Bi2 MoO6 합성물은 TEM(HRTEM) 이미지에서 얻었습니다. 그림 3a에서 WS2 (보라색 화살표)는 그래핀과 유사한 투명한 나노시트 구조를 보여 그래핀과 같은 이황화텅스텐이 얻어짐을 증명한다. 한편 비2 MoO6 직경이 약 50–100nm인 나노플레이트가 WS2에서 성장하는 것으로 관찰되었습니다. 나노시트. 그림 3a에서 가져온 HRTEM 이미지(그림 3b, c)는 Bi2의 사방정계 상의 (200) 평면에 해당하는 0.274 및 0.227 nm의 분해된 격자 무늬를 명확하게 표시합니다. MoO6 및 WS2의 (103) 평면 , 각각. 따라서 실험 결과는 소수층 WS2 사이의 일관성 있고 긴밀한 이종 접합 계면이 및 Bi2 MoO6 순수 Bi2와 비교하여 하이브리드 구조 내에서 더 나은 전하 분리 및 효율적인 전자 이동에 이점이 있을 수 있습니다. MoO6 .
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TEM(a ) 및 HRTEM(b , ㄷ ) WS2의 이미지 /Bi2 MoO6 (5 중량%) 합성물
소수층 WS2의 원소 조성 및 산화 상태 /Bi2 MoO6 합성물은 XPS 스펙트럼에 의해 추가로 결정되었습니다. 그림 4a는 소수 계층 WS2의 조사 XPS 스펙트럼을 보여줍니다. /Bi2 MoO6 (5 중량%) 샘플, W, S, O, Bi, Mo, C 피크를 나타냅니다. 다른 원소에 해당하는 피크는 관찰되지 않습니다. Bi2에서 Bi 4f의 피크 MoO6 (그림 4b) 164.4 및 159.2 eV에 나타나는 Bi 4f5/2에 속함 및 Bi 4f7/2 의 Bi 3+ 이온 [23]. 235.6 및 232.5 eV의 Mo 3d 결합 에너지(그림 4c)는 Mo 3d3/2와 일치합니다. 및 Mo 3d5/2 / Mo 4+ 이온 [23]. O 1 의 비대칭 피크(그림 4d)는 Mo-O의 특징인 530.0 eV에 위치합니다[24]. 그러나 계층적 WS2의 XPS 스펙트럼(그림 4b–d)에서 Bi 4f, Mo 3d 및 O 1 의 결합 에너지는 /Bi2 MoO6 순수 Bi2와 비교하여 더 낮은 결합 에너지 쪽으로 약간 이동(약 0.2 eV) MoO6 . 한편, 계층적 WS2 /Bi2 MoO6 합성, W 4f5/2의 값 (34.2 eV) 및 W 4f7/2 (32.0 eV) WS2에 해당하는 피크(그림 4e) 순수 WS2보다 약간 낮습니다(약 0.2eV). (34.4 및 32.2 eV). 유사하게, 고해상도 S 2p 스펙트럼(그림 4f)도 0.3eV의 더 낮은 결합 에너지 쪽으로 약간 이동합니다. 이러한 결과는 WS2 간의 강력한 상호 작용에 기인할 수 있습니다. 및 Bi2 MoO6 결과적으로 Bi 4f, Mo 3d, O 1 s W 4f 및 S 2p 궤도의 내부 이동이 발생합니다[21, 25]. 따라서 XRD, SEM, TEM 및 XPS 조사를 결합하여 WS2 및 Bi2 MoO6 계층적 WS2의 종 /Bi2 MoO6 복합 및 이종 접합이 접점 인터페이스에 형성됩니다.
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WS2의 XPS 스펙트럼 조사 /Bi2 MoO6 합성(a ) 및 Bi 4f의 고해상도 XPS 스펙트럼(b ), 모 3d(c ), O 1 s(d ), W 4f(e ) 및 S 2p(f ) Bi2에서 MoO6 , WS2 및 WS2 /Bi2 MoO6 합성물(5중량%)
그림 5a는 WS2의 UV-vis 확산 반사 스펙트럼(UV-Vis-DRS)의 비교를 보여줍니다. , Bi2 MoO6 및 계층적 WS2 /Bi2 MoO6 다른 WS2로 합성 내용물. 순수한 Bi2의 흡수 스펙트럼이 MoO6 UV 영역에서 약 450nm의 가시광선까지 확장됩니다. WS2일 때 Bi2와 결합 MoO6 , 계층적 합성물의 흡수 스펙트럼은 순수한 Bi2와 비교하여 가시광선 범위 내에서 명백한 적색 편이 및 더 집중적인 흡수를 나타냅니다. MoO6 . 한편, WS2의 내용이 상대적으로 높은(3~7wt%), 계층적 복합 디스플레이는 450~800nm 주변에서 놀랍게도 강한 흡수를 나타냅니다. 이러한 결과는 복합 광촉매가 광촉매 반응 동안 더 많은 광자를 흡수할 수 있음을 분명히 나타냅니다. 따라서 WS2가 추가되었음을 알 수 있습니다. 나노슬라이스는 WS2의 가시광선 흡광도에 유익합니다. /Bi2 MoO6 합성.
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아 준비된 샘플의 UV-vis 확산 반사 스펙트럼(UV-Vis-DRS). ㄴ 변환된 Kubelka–Munk 함수 대 빛의 에너지 플롯
또한, 광 밴드 갭 에너지(E g ) 샘플의 수는 다음 방정식[26]에 의해 계산되었습니다.
$$ \alpha h v =A{\left( hv-{E}_g\right)}^{n/2} $$여기서 α , hv , A , 및 E g 는 각각 흡수계수, 광자에너지, 비례상수, 밴드갭이다. n의 값 전환 유형에 따라 결정됩니다(직접(n =1) 또는 간접(n =4)) [27, 28]. (ahv의 줄거리 ) 2 대 (hv ) UV-Vis-DRS에 따라 변환됩니다. 그림 5b와 같이 E g 순수 WS2의 값 및 Bi2 MoO6 각각 1.47 및 2.72eV로 추정되었습니다.
준비된 시료의 광촉매 활성은 가시광선 조사에서 로다민 B(RhB)를 분해하여 측정하였다. 비교를 위해 순수 Bi2의 광촉매 활성 MoO6 및 기계적으로 혼합된 샘플(5% WS2 및 95% Bi2 MoO6 )에 대한 조사도 있었다. 그림 6a에서 볼 수 있듯이 가시광선 조사에서 RhB의 자체 분해 효과는 무시할 수 있습니다. 순수 Bi2에 의한 RhB의 광분해율을 분명히 알 수 있습니다. MoO6 가시광선 조사 100분 후 ~39%에 불과했습니다. 분명히 모든 계층적 WS2 /Bi2 MoO6 복합 재료는 순수한 Bi2보다 더 나은 광촉매 성능을 나타냅니다. MoO6 . 1% WS2를 사용하여 RhB의 ~48, ~74, ~95 및 ~88%가 분해되었습니다. /Bi2 MoO6 , 3% WS2 /Bi2 MoO6 , 5% WS2 /Bi2 MoO6 및 7% WS2 /Bi2 MoO6 , 각각. 결과는 최적의 WS2 WS2의 콘텐츠 /Bi2 MoO6 질량비가 5%일 때 합성물이 존재합니다. 한편, WS2 /Bi2 MoO6 (5 중량%) 복합재는 기계적으로 혼합된 5% WS2보다 훨씬 우수한 광촉매 활성을 나타냅니다. 및 95% Bi2 MoO6 . 이것은 효과적인 나노접합 계면 접촉과 WS2 사이의 강한 상호작용을 강력하게 시사합니다. 및 Bi2 MoO6 광 생성 캐리어의 이동, 수송 및 분리 과정을 향상시키는 데 매우 유용합니다. 또한, 이러한 우수한 광촉매 성능은 복합 재료의 우수한 결정화 및 높은 비표면적 및 WS2의 얇은 시트 두께에 기인할 수 있습니다. 기질.
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광촉매 활성(a ) 및 운동 적합성(b ) RhB 분해에 대한 다양한 광촉매
또한 RhB 용액의 광촉매 분해 실험 데이터를 적합하기 위해 pseudo-first-order kinetics 모델을 사용하였으며, 그 결과를 Fig. 6b에 나타내었다. 속도 상수 k 0.0280분 −1 입니다. 계층적 WS2의 경우 /Bi2 MoO6 (5 중량%) 복합 재료, 기계적으로 혼합된 WS2보다 3.8배 및 7.1배 더 큽니다. 및 Bi2 MoO6 및 순수 Bi2 MoO6 , 각각. 이러한 결과는 RhB가 계층적 WS2에 의해 보다 효율적으로 저하될 수 있음을 나타냅니다. /Bi2 MoO6 합성 광촉매.
그림 7은 WS2에 대한 RhB 용액 분해의 UV-vis 흡착 스펙트럼 변화를 보여줍니다. /Bi2 MoO6 (5 중량%) 복합 광촉매, RhB의 광촉매 분해 과정을 추가로 연구하기 위해 수행되었습니다. RhB의 주요 흡수 피크가 552 nm에서 537 nm로 점진적으로 이동하여 일련의 N -탈에틸화된 중간체. 가시광선 조사 과정이 진행됨에 따라 537nm에 위치한 피크가 계속 이동 및 감소하는데, 이는 RhB 분자가 더 작은 분자 조각으로 더 분해되고 결국 RhB의 구조도 파괴되었음을 나타냅니다. RhB의 광분해에 대한 2단계 전환 과정은 여러 이전 연구에서도 보고되었습니다[29, 30]. 한편, 현탁액은 실험에서 점차 색을 잃는다. 이는 또한 RhB의 구조가 결국 파괴되었음을 나타냅니다.
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WS2에 대한 RhB 용액 분해의 광학 흡착 스펙트럼 변화 /Bi2 MoO6 합성물(5중량%)
계층적 WS2의 광촉매 안정성 /Bi2 MoO6 합성물은 그림 8a와 같이 RhB 분해에 대한 반복성 실험으로 조사되었습니다. WS2의 광촉매 활성이 /Bi2 MoO6 첫 번째 2주기 실험에서 안정적으로 유지됩니다. 4번의 재활용 후에 촉매는 광촉매 활성의 명백한 감소를 나타내지 않았으며, 이는 WS2 /Bi2 MoO6 합성물은 광분해 과정에서 상대적으로 높은 분해 활성을 유지했습니다. 또한 4주기 후에 수집된 촉매 샘플을 XRD 측정으로 특성화했습니다(그림 8b). WS2의 결정구조와 상조성은 다음과 같다. /Bi2 MoO6 합성물은 4번의 광촉매 반응 후에도 변하지 않습니다. 따라서 좋은 구조적 안정성은 WS2 /Bi2 MoO6 가시광선 조사에서 작동하는 합성 효율적인 광촉매.
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아 WS2를 통한 RhB 분해를 위한 사이클링 실행 /Bi2 MoO6 가시광선 조사에서 합성물(5중량%). ㄴ WS2의 XRD 패턴 /Bi2 MoO6 4주기 실험 전후의 샘플
그림 9는 WS2의 광촉매 과정에서 주요 활성 종의 트래핑 실험을 보여줍니다. /Bi2 MoO6 합성물. 이소프로판올(IPA), 1,4-벤조퀴논(BQ) 및 디소듐 에틸렌디아민 테트라아세트산(EDTA)은 ·OH, ·O2의 스캐빈저로 작용했습니다. - , 및 h + , 각각. RhB 용액에 2mM IPA 또는 BQ를 추가하면 속도 상수 k에 약간의 영향을 미친다는 것을 관찰할 수 있습니다. 앱 , 제안하는 ·OH 및 ·O2 - 는 광촉매 반응 동안의 주요 활성 종이 아니라 광촉매 반응 동안의 2차 활성 종이다. 반대로 k 앱 RhB의 분해에 대해 2mM EDTA를 추가한 후 분명히 감소했습니다. 따라서 h + 임을 확인할 수 있습니다. RhB의 분해에 중요한 역할을 합니다. 또한 N2 반응이 O2 없이 작동되도록 하기 위해 40mL/min의 속도로 RhB 용액에 버블링되었습니다. 전자 소광제로. RhB의 열화는 공기평형 용액의 경우와 비교하여 약간의 감소를 보였고, 추가로 ·O2 - 작은 역할을 했습니다.
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속도 상수 k 앱 WS2의 /Bi2 MoO6 (5 중량%) 가시광선 조사에서 다양한 제거제가 있는 상태에서 RhB 분해를 위한 합성물
향상된 광촉매 성능을 설명하기 위해 WS2의 전도대(CB)와 원자가대(VB) 및 Bi2 MoO6 잠재력을 계산해야 합니다. 반도체의 경우 하단 CB와 상단 VB는 실험식 [31]에 의해 추정할 수 있습니다. E CB =X − E 0 − 0.5E g 및 E VB =E CB + E g , 여기서 E CB (이 VB ) is the CB (VB) edge potential; X is the electronegativity of the semiconductor; 이 0 is the energy of free electrons of the hydrogenscale (~4.5 eV vs NHE); 및 E g is the band gap energy of the semiconductor obtained from the UV-visible diffuse reflectance absorption. The X values for WS2 and Bi2 MoO6 are calculated to be 5.66 and 5.55 eV, respectively [28, 32, 33]. Thus, E C B 및 E VB values of WS2 are determined to be +0.43 and +1.9 eV and Bi2 MoO6 are −0.31 and +2.41 eV, respectively.
On the basis of the above results, a possible photocatalytic mechanism scheme of the WS2 /Bi2 MoO6 composite photocatalyst is shown in Fig. 10. It can be found that WS2 and Bi2 MoO6 are excited under visible-light irradiation and generate electrons and holes in their CB and VB, respectively. The electrons on CB of Bi2 MoO6 will easily transfer WS2 due to the CB potential of Bi2 MoO6 (−0.31 eV) is more negative than the CB potential of WS2 (0.43 eV) [29, 30]. The few-layer WS2 nanoslices could act as effective electron collectors, which was favorable to the separation of electron–hole pairs in Bi2 MoO6 . Therefore, this fast electron and hole transfer process can decrease the recombination of charges and prolong the lifetime of holes on VB of Bi2 MoO6 [34]. The CB potential of WS2 (+0.43 eV) is more positive than E0 (O2 /·O2 - ) (−0.046 eV) which suggests that the ·O2 - radicals were not formed through electrons reducing the dissolved O2 [35]. However, a few electrons on the CB of Bi2 MoO6 can react with dissolved O2 to yield ·O2 - radicals because its potential (−0.31 eV) is more negative than E0 (O2 /·O2 - ). Thus, the ·O2 - active species played a minor role. Meanwhile, the photo-induced holes on VB of Bi2 MoO6 could not also directly oxidize the adsorbed H2 O molecules to ·OH radicals because its potential (+2.41 eV) was lower than E0 (·OH/H2 O) (+2.68 V) [36]. Finally, the main active species holes and minor active species ·O2 - act as a strong oxidizing agent to oxidize the organic pollutants (RhB) to CO2 및 H2 O. Therefore, the hierarchical WS2 /Bi2 MoO6 composites exhibit improved photocatalytic activity.
The proposed photocatalytic mechanism scheme of WS2 /Bi2 MoO6 composite under visible light (>420 nm)
In summary, a novel WS2 /Bi2 MoO6 heterostructured photocatalysts were successfully fabricated via a facile solvothermal growth method using pre-exfoliated layered WS2 nanoslices as a substrate. The hierarchical WS2 /Bi2 MoO6 exhibits excellent photocatalytic activity towards the degradation of rhodamine B (RhB) under visible-light irradiation. Based on the results of a series of structure and performance tests, it is believed that there formed a tight nanojunction interface between layered WS2 nanoslices and Bi2 MoO6 nanoflakes, which make the photo-induced electrons be easily transferred to the WS2 substrate. As a result, the recombination of charges was decreased and the lifetime of holes was prolonged. Therefore, the hierarchical WS2 /Bi2 MoO6 composites exhibit much higher visible-light-driven photocatalytic activity than the pure Bi2 MoO6 . Furthermore, the WS2 /Bi2 MoO6 composites are very stable under visible-light irradiation and cycling photocatalytic tests. Thus, the as-prepared WS2 /Bi2 MoO6 photocatalyst has potential application for pollutant abatement.
나노물질
초록 케이지형 구조의 합리적인 설계는 전이금속 수산화물의 용량성 성능을 향상시키는 효과적인 방법이다. 이 작업에서, CEP(coordinating Etching and Precipitating) 경로를 통해 입방형 Ni(OH)2나노케이지(Ni(OH)2NCs)가 구성되었습니다. Ni(OH)2 NC는 활성 부위가 풍부하고 확산 채널이 충분하며 전자 전달 속도가 빨라 전기화학적 역학에 도움이 됩니다. 슈퍼커패시터용 양극으로서 Ni(OH)2 NCs/Ni foam(NF) 전극은 539.8 F g−1의 높은 비정전용량을 나타냅니다. 1 A
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