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Nano Letters：構(gòu)建分層樹(shù)枝狀Co3O4-SnO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)用于高效PEC水凈化

光催化和電催化相結(jié)合的光電化學(xué)(PEC)可以促進(jìn)半導(dǎo)體上光生載流子的分離和自由基的產(chǎn)生，因而被認(rèn)為是去除有機(jī)污染物的有效方法。然而，構(gòu)建一個(gè)活性高、環(huán)境友善和成本效益高的納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)光陽(yáng)極(作為PEC工藝的核心組成部分)來(lái)處理難降解有機(jī)物是至關(guān)重要和具有挑戰(zhàn)性的。

基于此，大連工業(yè)大學(xué)馬紅超、王國(guó)文和成均館大學(xué)劉性輝等利用Co₃O₄-Sn₃O₄核/殼結(jié)構(gòu)作為前體，通過(guò)連續(xù)的水熱過(guò)程制備了均勻分層的支化Co₃O₄-Sn₃O₄結(jié)構(gòu)(Ti/Co₃O₄-Sn₃O₄)，并將其用作水污染修復(fù)的PEC光陽(yáng)極。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在活性艷藍(lán)KN-R水溶液中，最優(yōu)的Ti/Co₃O₄-Sn₃O₄-168 h催化劑的PEC降解率高達(dá)93.3%；其在雙酚A(BPA)溶液中2個(gè)小時(shí)內(nèi)的總有機(jī)碳(TOC)去除率達(dá)到42.9%，顯示出優(yōu)異的降解性能。同時(shí)，Ti/Co₃O₄-Sn₃O₄-168 h經(jīng)過(guò)5個(gè)降解循環(huán)后對(duì)KN-R的降解率仍保持初始的80.3%；并且其在低染料濃度下(20 mg L^?1)的PEC降解率為99.43%，且經(jīng)過(guò)5個(gè)循環(huán)后幾乎沒(méi)有出現(xiàn)PEC降解率下降的現(xiàn)象，表明Ti/Co₃O₄-Sn₃O₄-168 h催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

機(jī)理實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Co₃O₄和SnO₂之間的能帶交錯(cuò)，符合II型異質(zhì)結(jié)機(jī)制。在光照下，光生電子從Co₃O₄的CB中轉(zhuǎn)移到SnO₂的CB上，而SnO₂的VB中的光生空穴能夠有效轉(zhuǎn)移到Co₃O₄的VB中，這有效地阻止了光生載流子的復(fù)合，改善了優(yōu)勢(shì)活性物種?O^2?、¹O₂和h⁺的產(chǎn)生，從而提高了PEC效率。

綜上，這項(xiàng)工作證明了Ti/Co₃O₄-Sn₃O₄-168 h是一種有前途的PEC催化劑，并提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的策略來(lái)獲得具有靶向功能的二元集成納米雜化物。

Unveiling Hierarchical Dendritic Co₃O₄–SnO₂ Heterostructure for Efficient Water Purification. Nano Letters, 2023. DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c05010

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