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本文通过两步合成法制备了Bi2WO6@BiOBr异质结，探究其摩尔比（1:2）对可见光下罗丹明B降解及水解制氢的协同效应，实现完全降解（τ=10.3min）和氢气生成速率1047μmol·g?1·h?1。
劳拉·马塞拉·普里托-苏莱塔（Laura Marcela Prieto-Zuleta）|丹尼尔·科格兰-卡德纳斯（Daniel Coghlan-Cárdenas）|吉列尔莫·弗洛雷斯-苏尼加（Guillermo Flores-Zu?iga）|戴安娜·索菲亚·米切尔·弗洛雷斯-萨尔达尼亚（Diana Sofia Michell Flores-Salda?a）|维克托·曼努埃尔·苏亚雷斯·克萨达（Víctor Manuel Suarez Quezada）|爱德华多·拉莫斯-迪亚兹（Eduardo Ramos-Díaz）|安赫尔·加布里埃尔-罗德里格斯（ángel Gabriel-Rodríguez）|雨果·里卡多·纳瓦罗-康特雷拉斯（Hugo Ricardo Navarro-Contreras）|埃德加·乔瓦尼·维拉博纳-莱亚尔（Edgar Giovanny Villabona-Leal）|希拉姆·霍阿塞特·奥赫达-加尔万（Hiram Joazet Ojeda-Galván）
墨西哥圣路易斯波托西自治大学（Universidad Autónoma De San Luis Potosí）科学技术创新与应用协调办公室（CIACYT），地址：álvaro Obregón #64, San Luis Potosí, S.L.P., 78000
摘要
在本研究中，我们探讨了Bi2WO6@BiOBr异质结中钨酸铋与溴氧化铋的摩尔比对罗丹明B（Rhodamine B）在可见光下的光催化降解性能的影响。此外，我们还评估了该材料在水中分解水产生氢气的性能。材料的制备分为两个步骤：首先，通过水热法在120°C下制备Bi2WO6，持续3小时，然后进行500°C的煅烧；其次，在BiOBr前驱体（Bi3+和Br?）的存在下，采用溶热法合成Bi2WO6。当Bi2WO6与BiOBr的摩尔比为1:2时，观察到最佳的光催化性能，实现了染料的完全去除，降解常数为τ = 10.3 min（τ?1 = k = 0.0971 min?1）。此外，还证实了其产氢能力，在可见光照射下可产生1047 μmol·g?1·h?1的氢气产量。
引言
工业排放物（包括纺织和制药行业的染料）对水资源的污染仍然是一个严重的环境问题，这一问题引起了科学界和工程界的广泛关注，重点在于水的治疗和修复。多年来，人们开发了多种技术来去除这些污染物，这些技术通常被分为物理方法、化学方法和生物方法[1]。其中，光催化氧化（Photocatalytic oxidation，PC）作为一种高效的方法，被用于降解顽固性污染物。光催化（PC）属于高级氧化过程（Advanced oxidation processes，AOPs）[2]，它依赖于光催化剂表面产生的活性自由基。这些自由基能够将有机污染物分解为水、二氧化碳或其他简单的、无毒的分子[3]。
几十年来，许多研究团队致力于设计和合成具有光催化性能的化合物或复合材料，使其在可见光照射下能够高效工作，以期与工业上的 benchmark 物质 TiO2（Degussa P25，在紫外光下工作）相媲美。在所探索的各种材料中，溴氧化铋（BiOX，其中X = Cl, Br, I）表现出了良好的性能，尤其是BiOBr，因为它在可见光下的光催化活性很高[4]。
这种性能归因于几个因素，包括其相对较窄的带隙、化学稳定性、易于合成、低成本以及强大的氧化能力。然而，所有BiOX化合物的一个显著局限性是在可见光照射下光生电子-空穴对会迅速复合[5]。为了解决这个问题，人们广泛采用了一种策略，即构建半导体异质结（Semiconductor heterojunctions，HJs）。这些异质结构通过将电子和空穴引导到不同的半导体区域来空间分离电荷载体。理想情况下，最有效的异质结配置是将电子积累在具有较高导带（相对于真空能级）的半导体区域（即具有最大还原电位的区域），而将空穴积累在具有较深价带的半导体区域（即具有最大氧化电位的区域）。这种配置最大化了分离后的电荷载流子的氧化还原电位，形成了所谓的Z型或S型异质结[6]、[7]、[8]。
在本研究中，BiOBr@Bi2WO6异质结的光催化性能优于多项研究中的其他结构，例如TiO2/Bi2WO6异质结或更复杂的复合材料（如Ag8W4O16/AgBiW2O8/Bi2WO6 [9]、[10]。我们的团队合成了具有优异光催化和产氢性能的BiOBr纳米结构。这促使我们研究BiOBr/Bi2WO6异质结，并优化了BOB（Bismuth Oxybromide）与BWO（Bismuth WO6）的摩尔比，以获得更好的光催化效果。最终优化的复合材料在可见光照射下表现出优异的产氢性能。
Bi2WO6的合成方法
BWO的合成过程如下：在磁力搅拌条件下，将1.46 × 10?3 mol的钨酸钠二水合物（Na2WO4·2H2O，Sigma-Aldrich，98%）溶解在50 mL的去离子水中。随后加入2.07 × 10?4 mol的溴化鲸蜡基三甲基铵（CTAB，Sigma-Aldrich，98%），并持续搅拌，将此溶液称为“溶液A”。同时，在另一个烧杯中，加入2.92 × 10?3 mol的五水合硝酸铋（Bi(NO3)3·5H2O，Sigma Aldrich，98%）
结构分析（XRD)
采用X射线衍射（XRD）技术确认了合成材料的晶体相的形成和纯度。通过XRD分析，可以验证BWO和BOB的正确形成，识别可能的次要相，并评估两种相在异质结中相互作用引起的结构变化。这些信息为后续结果的解释提供了结构基础。
结论
本研究表明，BWO@BOB异质结在紫外光和可见光下均表现出出色的光催化性能，适用于环境修复和产氢。优化的1:2 BWO:BOB摩尔比促进了电荷分离，减少了电子-空穴的复合，增强了界面接触。这种工程化的协同效应使得RhB在150分钟内被完全降解，其降解速率是纯BWO的17.2倍。
CRediT作者贡献声明
劳拉·马塞拉·普里托-苏莱塔（Laura Marcela Prieto-Zuleta）：数据验证、正式分析、数据管理。丹尼尔·科格兰-卡德纳斯（Daniel Coghlan-Cárdenas）：正式分析、数据管理。吉列尔莫·弗洛雷斯-苏尼加（Guillermo Flores-Zu?iga）：正式分析、数据管理。戴安娜·索菲亚·米切尔·弗洛雷斯-萨尔达尼亚（Diana Sofia Michell Flores-Salda?a）：正式分析、数据管理。维克托·曼努埃尔·苏亚雷斯·克萨达（Víctor Manuel Suarez Quezada）：实验研究、正式分析、数据管理。爱德华多·拉莫斯-迪亚兹（Eduardo Ramos-Díaz）：资源获取、资金筹集、数据管理。安赫尔·加布里埃尔-罗德里格斯（ángel Gabriel-Rodríguez）：初稿撰写、方法论设计、实验研究、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢使用位于圣路易斯波托西自治大学（Universidad Autónoma De San Luis Potosí）的LANAFQB-UASLP物理、化学和生物分析实验室（Laboratorio Nacional de Análisis Físicos, Químicos y Biológicos LANAFQB-UASLP，I.D. 321,178），该实验室得到了SECITHI项目（LN-C-97）的支持。LMPZ感谢CONAHCYT提供的博士奖学金（CVU 1011939），同时感谢HJOG和EGVL提供的博士后奖学金。
