原文出自 Catalysts 期刊

Du, D.; Shi, M.; Guo, Q.; Zhang, Y.; Allam, A.A.; Rady, A.; Wang, C. Metal Bi Loaded Bi₂Ti₂O₇/CaTiO₃ for Enhanced Photocatalytic Efficiency for NO Removal under Visible Light. Catalysts 2023, 13, 1169.https://doi.org/10.3390/catal13081169

作者介绍

• 通讯作者

王传义 教授

陕西科技大学

德国洪堡学者、英国皇家化学会会士、中国科学院“引进海外杰出人才”计划 (A类) 入选者、中国科学院特聘研究员、中国科学院创新国际团队负责人、陕西科技大学特聘教授、环境学院学术院长、博士生导师，中国能源学会常务理事和新能源专家组副主任委员。此外，还担任 Environmental Chemistry Letters 期刊副主编、国家科技奖励和国家重点研发计划会评专家等。主要从事环境和能源纳米光催化研究，在Chem. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun. 等期刊上发表论文 300 余篇，H-index 为 76。应邀主编英文专著 1 部，获授权中国发明专利 60 件。曾获德国洪堡学者奖 (1998)、中国材料研究学会科学技术奖二等奖 (2011)、中国天山奖 (2014)、中国科学院“引进海外杰出人才”计划终期评估结果优秀 (2015)、中国侨界贡献奖 (创新人才，2016)、国际先进材料学会科学家奖 (2020)，入选全球前 2% 顶尖科学家年度榜单和长期综合榜 (2021、2022 美国斯坦福大学发布；在子学科物理化学位列第 87 名)。

背景介绍

随着人类生产力的提高和世界经济的快速发展，能源消耗急剧增加，导致大气中的氮氧化物浓度显著增加，由此引发的酸雨、温室效应和光化学烟雾会对环境造成巨大的危害，甚至威胁到人类的健康。因此，针对氮氧化物开发一种廉价高效的去除方法已成为迫切需要。

光催化以半导体作为光催化剂，在光照下产生电子-空穴对，通过氧化还原反应降解污染物。由于其低能耗、低成本和环境友好，在水处理和空气污染修复中显示出巨大的潜能。

在大量催化材料中，ABO₃ 形式的钙钛矿金属氧化物因其结构灵活、价格低廉和光热稳定等诸多优点而受到广泛关注。CaTiO₃ 作为一种重要的钙钛矿材料，在光催化领域的应用引起了人们的极大兴趣。但其缺点是带隙宽度大、量子效率低，电子-空穴对易复合，仅响应紫外光，限制了其整体光催化性能。本工作制备了一种新型纳米复合金属-半导体光催化剂 Bi-Bi₂Ti₂O₇/CaTiO₃，在可见光照射下将其光催化活性从 25% 提高到 64%。光催化活性的提高归因于金属 Bi 的 SPR 效应和电子捕获效应。

主要内容

本工作通过温和的原位水热法成功制备了 Bi-Bi₂Ti₂O₇/CaTiO₃。与初始的 Bi₂Ti₂O₇/CaTiO₃ 相比，金属 Bi 的引入，不仅拓宽了材料的光吸收范围，而且材料在可见光下具有良好的载流子分离和迁移性能。当 Bi 与 Bi₂Ti₂O₇/CaTiO₃ 的质量比为 50% 时，NO 去除率约为 64%。Bi 的加入提高了原始材料 Bi₂Ti₂O₇/CaTiO₃ 从紫外光到可见光的光吸收能力和电子传输效率。金属 Bi 的 SPR 效应诱导的内置电场效应不仅促进了光生电子的转移，还促进了光生载流子的分离和迁移，进而促进了 •O₂⁻ 和 •OH 自由基的产生并氧化 NO，最终将 NO 转化为 NO₃⁻ 。这项工作为制备高效的由可见光驱动的环境光催化复合材料提供了一种新策略。

图1. (a) XRD 图谱；(b) N₂ 吸附-解吸等温线图谱

图2. (a~d) SEM 图谱；(e~h) EDS 元素图谱图像

图3. Bi-Bi₂Ti₂O₇/CaTiO₃ 用于转化氮氧化物的光催化机理

研究总结

本工作制备了一种新型纳米复合金属-半导体光催化剂 Bi₂Ti₂O₇/CaTiO₃，与原来的 Bi₂Ti₂O₇/CaTiO₃ 相比，金属 Bi 的改性在可见光照射下将其光催化活性从 25% 提高到 64%。光催化活性的提高归因于金属 Bi 的 SPR 效应和电子捕获效应，促进了电子-空穴对的分离，同时拓宽了了复合光催化剂的光谱响应范围。这项工作为钛基光催化剂去除 NO 的开发利用提供了新的见解。

Catalysts 期刊介绍

主编：Keith Hohn, Miami University, USA

期刊主要关注催化反应、催化剂制备及应用领域的最新研究成果。开设催化材料、环境催化、光催化、电催化、纳米结构催化、有机和聚合物催化、生物催化、生物质催化、计算催化等13个栏目。目前已被 (SCIE) Web of Science、Scopus、CAPlus/SciFinder 等数据库收录。

2022 Impact Factor：3.9

2022 CiteScore：6.3

Time to First Decision：13.5 Days

Time to Publication：33 Days