可視光光触媒のためのZスキーム光触媒として機能するための中空WO階層構造上のAgIナノ粒子の制御成長

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J Colloid Interface Sci.2020 Jul;579:754-765. S0021-9797(20)30877-8. doi: 10.1016/j.jcis.2020.06.126.Epub 2020-07-04.

可視光光触媒のためのZスキーム光触媒として機能するための中空WO階層構造上のAgIナノ粒子の制御成長

Controlled growth of AgI nanoparticles on hollow WO hierarchical structures to act as Z-scheme photocatalyst for visible-light photocatalysis.

Lihua Zhi
Shengya Zhang
Youyuan Xu
Jibing Tu
Min Li
Dongcheng Hu
Jiacheng Liu

PMID: 32673852 DOI: 10.1016/j.jcis.2020.06.126.

抄録

階層構造を持つナノ材料を制御して作製することは、光捕集効率の向上により、光触媒の分野で注目されています。さらに、直接Zスキームヘテロ接合を作製することは、光触媒の光触媒性能を向上させるための有効な方法であることが実証されています。ここでは、エタノール溶液中の塩化タングステン（WCl）の簡単な水熱処理により、階層的に中空のWOナノフラワーを合成することに成功した。得られたWOをAgIナノ粒子でその場でデコレーションすることで、ZスキームAgI/WO中空ナノフラワー（AgI/WO HHNF）を形成することができる。AgI/WO HHNFは、低エネルギー消費光（LEDランプ、5W）照射下でのテトラサイクリン塩酸塩（TC-HCl）とエオシンB（EB）の分解において、優れた光触媒活性と顕著な安定性を示した。興味深いことに、純AgIナノ粒子、3次元中空WOナノフロー、AgI/WOナノシートと比較して、AgI/WO HHNFは光触媒活性が顕著に向上していることがわかった。この現象は、高い光捕集効率、光捕捉・散乱能力の向上、光電子・正孔分離効率を効果的に向上させるZ-スキームヘテロ界面の強結合という3つの側面に関連していると考えられる。本研究は、3次元中空階層構造の作製に新たな知見を提供するものである。

Controllable fabrication of nanomaterials with hierarchical architecture have received much attention in the field of photocatalysis due to their enhanced light-harvesting efficiency. Moreover, fabricating direct Z-scheme heterojunctions havebeenproven to be effective way to enhance the photocatalytic performance of photocatalysts. Herein, hierarchically hollow WO nanoflower was successfully synthesized by a simple hydrothermal treatment of tungsten chloride (WCl) in ethanol solution. Decoration of the obtained WO with AgI nanoparticles in situ can form the Z-scheme AgI/WO hollow hierarchical nanoflowers (AgI/WO HHNFs). The AgI/WO HHNFs exhibited excellent photocatalytic activity and remarkable stability for the degradation of tetracycline hydrochloride (TC-HCl) and Eosin B (EB) under the irradiation of a low energy consume light (LED lamp, 5 W). Interestingly, compared to pure AgI nanoparticles, 3D hollow WO nanoflowers and AgI/WO nanosheets, the AgI/WO HHNFs revealed conspicuously enhanced photocatalytic activity. Thisphenomenon could be associated to three aspects, namely the high light-harvesting efficiency, increased light trapping and scattering capability and strongly coupled Z-scheme heterointerface, which effectively improved the photoelectron-hole sepreation efficiency. Our work therefore provide a novel insight for the fabrication of 3D hollow hierarchical structures.