編號(hào)：CYYJ02376
篇名：Mn摻雜的鐵電半導(dǎo)體BiFeO3本征光催化氧化水活性的研究
作者：Jafar Hussain Shah Anum Shahid Malik Ahmed Mahmoud Idris Saadia Rasheed 韓洪憲 李燦
關(guān)鍵詞： 光催化水氧化 帶隙工程 鐵酸鉍 鐵電材料 陽(yáng)離子摻雜
機(jī)構(gòu)： 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)
摘要： 開(kāi)發(fā)穩(wěn)定高效的可見(jiàn)光吸收的氧化物半導(dǎo)體光催化劑是太陽(yáng)能光催化分解水的一個(gè)重要研究方向.最近我們提出(J.Mater.Chem.A,2020,8,6863−6873),具有室溫鐵電性質(zhì)的BiFeO3(BFO)薄膜體系表現(xiàn)出低光電流密度響應(yīng)是由于鐵電疇壁/界面處的電荷復(fù)合,而該作用在納米粒子催化劑體系中應(yīng)該會(huì)大大減少.為了證明這一觀點(diǎn),我們通過(guò)溶膠-凝膠法合成了BFO納米粒子,并進(jìn)行了Mn摻雜獲得了Mn-BFO.光催化水氧化反應(yīng)表明,純BFO具有光催化氧化水的活性,析氧數(shù)率達(dá)到70μmol h-1 g-1;而Mn摻雜量?jī)?yōu)化(0.05%)后的Mn-BFO在可見(jiàn)光(λ≥420 nm)照射下的析氧活性大大提高,達(dá)到255mmol h-1 g-1.帶隙研究表明,通過(guò)改變Mn的摻雜量,可以將Mn-BFO的帶隙從2.1 eV調(diào)整為1.36 eV.DFT計(jì)算表明,表面的Fe物種是水氧化的活性位點(diǎn),而不是Mn物種,因?yàn)镸n摻雜后Fe物種的水氧化過(guò)電勢(shì)0.51 V,是所考察的表面Fe和Mn物種中過(guò)電勢(shì)中最低的.因此,Mn-BFO光催化水氧化活性的增強(qiáng)可歸因于半導(dǎo)體帶隙變窄后吸收更多的可見(jiàn)光、降低了的水氧化過(guò)電勢(shì)以及抑制光生電荷復(fù)合這幾項(xiàng)的協(xié)同效應(yīng).這項(xiàng)工作表明,錳摻雜是提高納米粒子鐵電BFO光催化劑固有光催化水氧化活性的有效策略.本文采用溶膠-凝膠法成功制備了錳摻雜的BFO樣品,并使用XRD,DRS,Mott-Schottky,XPS和PL等進(jìn)行了表征.XRD分析結(jié)果表明,Mn摻雜后,BFO的(110)和(104)衍射峰向高位衍射角方向位移合并產(chǎn)生一個(gè)更寬的峰,表明Mn的摻雜引起B(yǎng)FO晶格結(jié)構(gòu)變形.DRS光譜分析表明,Mn的摻雜可以拓展可見(jiàn)光的吸收,從純BFO的550 nm吸收邊(對(duì)應(yīng)于2.1 eV的帶隙)擴(kuò)展到BFO-2的800 nm(對(duì)應(yīng)于1.46 eV的帶隙)吸收帶邊.這些結(jié)果與用DFT計(jì)算DOS分析得到的BFO和BFO-2理論帶隙值2.05和1.53 eV一致.Mott-Schottky分析表明,BFO和BFO-2是p型半導(dǎo)體,其平帶(Vfb)電勢(shì)分別為1.7和1.6 V vs NHE,VB位置估計(jì)分別為2.0和1.9 V vs NHE,而CB位�
