高性能可視光駆動光触媒としてのヘテロ構造WS2 / Bi2MoO6の容易な合成

要約

この論文では、新しいWS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ ヘテロ構造の光触媒は、事前に剥離された層状WS ₂を使用した簡単なソルボサーマル成長法によって正常に製造されました。基板としてのナノスライス。調製したままのWS ₂の構造、形態、および光学特性 / Bi ₂ MoO ₆ サンプルは、XRD、XPS、SEM、TEM（HRTEM）、およびUV-vis拡散反射スペクトル（DRS）によって特徴づけられました。結果は、層状WS ₂間に優れたナノ接合界面の存在を確認しました。ナノスライスとBi ₂ MoO ₆ ナノフレーク。可視光（> 420 nm）の下で、WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料は、純粋なBi ₂と比較して大幅に強化された光触媒活性を示します MoO ₆ ローダミンB（RhB）の分解に向けて。一方、活性種トラップ実験では、穴（h ⁺ ）は、光触媒反応中の主な活性種でした。強化された光触媒性能は、効果的な光収穫、高速光生成電子正孔対分離、およびWS ₂の優れた電荷キャリア輸送に起因する可能性があります。 / Bi ₂ MoO ₆ ヘテロ構造。さらに、準備されたWS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料は、再現性実験でも優れた構造安定性と活性安定性を示します。

背景

光触媒は、クリーンエネルギー利用法により、最も有望な環境修復技術の1つと広く見なされています[1、2]。一般的に、TiO ₂のように、禁止されたギャップが広い高効率の光触媒を受け入れる人もいます。およびZnOは、紫外線照射のみを利用できます[3]。実際の応用に関しては、光触媒が可視領域の豊富な太陽エネルギーを有利に吸収できれば、光触媒戦略は大きな後押しとなるでしょう。この目的のために、狭帯域半導体を使用することにより、十分な太陽エネルギー利用のために可視光光触媒を精査する多くの試みがあります[4、5、6]。単相光触媒は可視光でスムーズに励起できますが、光誘起電子と正孔の急速な再結合による電荷分離効率が低いため、エネルギー変換効率が低くなります[7]。ヘテロ接合の接触界面領域が再結合確率を抑制する内部電場を提供し、効率的な光触媒性能をもたらすため、ヘテロ構造が光誘起電荷の分離確率を改善できることは広く受け入れられています。一般に、設計されたヘテロ構造は、少なくとも1つの狭帯域半導体を採用して、より多くの可視光エネルギーを収集し、より多くの光誘起電荷を生成します[8、9]。

新しい光触媒として、Bi ₂ MoO ₆ 明確なサンドイッチ層構造を持っているため、視覚光駆動光触媒の分野で注目を集めています[10、11]。前述のように、純粋なBi ₂ MoO ₆ 光生成電荷キャリアの再結合確率が高いため、効率的な可視光光触媒としての利用には適していません。したがって、適切なハイブリッドナノ構造のアーキテクチャを使用してこの課題に対処するためのいくつかの効果的な戦略、特に2次元（2D）ナノシートの導入は、光触媒反応の過程で2つのコンポーネント間の界面電荷移動を強化する効果的なアプローチとして証明されています。明らかに、Bi ₂間のヘテロ構造が予想されます MoO ₆ 2D層状材料は、可視光照射による光触媒効率を向上させます[8]。

層状遷移金属ジカルコゲナイド（TMD）は、類似のグラフェン網状構造のため、一種の有望なローディング材料と広く見なされています[12、13]。特に、単層および数層のTMDは、その明確な電子特性と高い比表面積により、触媒作用とエネルギー貯蔵に重要な用途があります[14、15]。たとえば、単層および数層のMoS ₂ 最近、光触媒研究において科学界の注目を集めました。これは、層間結合の欠如と反転対称性の欠如により、バルクとは著しく異なる光電特性をもたらすためです[14、16、17]。効率的な可視光駆動の増感ヘテロ接合光触媒の材料設計の観点から、主な懸念事項は、ハイブリッド狭帯域ギャップ（1.1〜1.7 eV）が太陽スペクトルに厳密に一致する可能性があることです[18]。実際、MoS ₂などの典型的な2D層状半導体またはg-C ₃ N ₄ は、さまざまなエネルギーバンドハイブリッド戦略を介してヘテロ構造の複合光触媒を確立するためのサポーターとしてしばしば利用されるTMDナノシートにつながる潜在的な光触媒アプリケーションを探索するために大きな注目を集めています[19、20]。たとえば、階層型MoS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料は、可視光照射下でのローダミンBの光触媒酸化に対して効率的な性能を示しました[21]。ただし、WS ₂の単層または数層のヘテロ構造アーキテクチャ / Bi ₂ MoO ₆ 視覚光光触媒としては報告されていません。

ここでは、ヘテロ構造のWS ₂を作成するための簡単な戦略を示しました。 / Bi ₂ MoO ₆ 事前に剥離された層状WS ₂を使用した簡単なソルボサーマル成長法による複合サポーターとしてのナノスライス。 WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 可視光（λ）下でのローダミンB（RhB）の分解に対して優れた光触媒活性を示します> 420 nm）照射。 XRD、XPS、SEM、およびTEMの微細構造特性分析によると、数層WS ₂の可能な光触媒メカニズム / Bi ₂ MoO ₆ コンポジットも解明されました。 Bi ₂間の接合部の形成と考えられています MoO ₆ およびWS ₂ 光生成電荷の迅速な移動を可能にし、自己凝集を減らすことができます。 WS ₂の優れた光触媒活性が / Bi ₂ MoO ₆ 光誘起キャリアの高い移動効率と界面電子相互作用に起因するはずです。これらの結果は、おそらく他のヘテロ構造の光触媒の設計への洞察への貴重な視点を提供します。

メソッド

数層WS ₂の準備ナノスライス

層状の市販のWS ₂の液体剥離修正されたレポート方法[22]に従って達成されました。簡単に説明すると、50mgの商用WS ₂ 粉末（Aladdin Industrial Corporationから購入）を20 mLのエタノール/水に加え、分散溶媒として40％のEtOH体積分率を加えました。密閉したフラスコを10時間超音波処理した後、分散液を3000 rpmで20分間遠心分離して、凝集物を除去しました。最後に、上澄みを集めて、数層のWS ₂を得た。ナノスライス。上澄み中の2Dナノシートの濃度を決定するために、630 nmの固定波長でUV-vis吸収スペクトルを測定することにより、上澄みに残っている質量を推定しました。ランベルト・ベールの法則による計算結果は、剥離したWS ₂ 分散濃度は約0.265±0.02mg / mlでした。

階層型WSの合成₂ / Bi ₂ MoO ₆ コンポジット

WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ サンプルは、簡単なソルボサーマル法を使用して合成されました。通常、2ミリモルのBi（NO ₃ ）₃ ・5H ₂ 溶解したNa ₂を含む10mLのエチレングリコール溶液にOを添加しました。 MoO ₄ ・2H ₂ マグネチックスターラーで2：1のBi / Moモル比のO。適切な量の剥離したWS ₂ ナノスライスを20mLのエタノールに分散させ、室温で45分間超音波処理しました。次に、それを上記の溶液にゆっくりと加え、続いて10分間撹拌して均一な相を形成しました。得られた溶液を50mLのテフロンで裏打ちされたステンレス鋼のオートクレーブに移し、160°Cで10時間保持しました。その後、オートクレーブを徐々に室温まで冷却した。最後に、沈殿物を遠心分離し、エタノールと脱イオン水で数回洗浄し、80°Cの真空オーブンで6時間乾燥させました。この方法によると、WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ WS ₂が異なるコンポジット質量比（1、3、5、および7 wt％）が合成されました。比較のために、空白のBi ₂ MoO ₆ WS ₂がない状態で作成されました同じ実験条件を使用します。

光触媒の特性評価

サンプルの構造と形態は、走査型電子顕微鏡（SEM; JEOL JSM-6701F、日本）、透過型電子顕微鏡（TEM; JEOL 2100、日本）、高解像度透過型電子顕微鏡（HRTEM; JEOL 2100、日本）、および粉末X線回折（XRD;Cu-Kα放射源を使用したBruker D8 Advance、λ =1.5406Å、米国）。サンプルの紫外可視拡散反射スペクトル（DRS）は、積分球アタッチメントを備えたUV-vis分光光度計（Cary 500 Scan Spectrophotometers、Varian、USA）を使用して、200〜800nmの範囲の室温で実行されました。触媒の表面元素の電子状態は、X線光電子分光法（XPS;島津製作所、日本、Al-KαX線源）を使用して特定されました。

光触媒活性の測定

実験のすべての触媒活性において、50 mgのサンプルをPyrexガラス容器内で磁気的に攪拌されたRhB水溶液（50 mL、10 mg / L）に添加し、300 W Xeアークランプ（PLS-SXE 300 、Beijing Perfect Company、Labsolar-III AG）λで可視光を提供します紫外線UVCUT-420nmカットオフフィルター（CEAulight。Inc）による≥420nm。紫外線フィルターとRhB水溶液の間の距離は約6.5mmでした。また、可視光のパワー密度は150 mW / cm ² でした。、光パワーメータ（PD130、当社、米国）により推定されたもの。照射前に、懸濁液を暗所で磁気的に攪拌しながら30分間保持し、吸着/脱着平衡を確実に確立しました。所定の時間間隔で、懸濁液から2 mLを収集し、すぐに遠心分離しました。照射後のRhBの濃度は、UV-vis分光光度計（島津UV-2550、島津製作所、日本）を使用して553nmで監視しました。相対濃度（ C / C ₀ ）のRhBは、吸光度（ A / A ₀ ）553nmで。すべての実験は少なくとも2回行った。報告された値は、±2％の実験誤差範囲内でした。ランベルト・ベールの法則と組み合わせると、光触媒分解速度定数（ k ）のRhBは、次の式を使用して取得されました。

$$ \ ln \ left（{C} _0 / C \ right）\ kern0.5em =\ kern0.5em k t $$

ここで C は反応時のRhB濃度 t 、 C ₀ は開始反応時のRhBの吸着/脱着平衡濃度であり、 A および A ₀ 対応する吸光度の値です。

さらに、光触媒反応性の間に生成される活性種を特定するために、2 mMイソプロパノール（IPA、・OHのクエンチャー）、2 mMエチレンジアミン四酢酸二ナトリウム（EDTA、hのクエンチャー）を含むさまざまなスカベンジャーをRhBの溶液に添加しました。 ⁺ ）、および2 mM p -ベンゾキノン（BQ; a・O ₂ ⁻ スカベンジャー）、および40 mL / min N ₂ （電子クエンチャー）。光触媒分解の比較試験は、上記と同じ反応条件下で実施されました。

結果と考察

微細構造と形態の分析

調製したままのサンプルの組成と結晶構造を確認するために、XRD研究を実施しました。図1に示すように、純粋なWS ₂ 、14.4°、33.6°、39.6°、49.8°、および58.5°に位置する5つのピークが観察され、（002）、（101）、（103）、（105）、および（110）とよく一致しました。 WS ₂の結晶面（JCPDSカード番号84-1398）。純粋なBi ₂ MoO ₆ 、2 θでの（131）、（200）、（151）、（260）、（331）、および（262）面の回折ピーク =28.2°、32.5°、36.0°、47.1°、55.4°、および58.5°。これは、Bi ₂の斜方晶相にインデックスを付けることができます。 MoO ₆ （JCPDSカード番号76-2388）。数層のWS ₂の場合 / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料の場合、XRDパターンは円筒相WS ₂の特徴的な回折ピークのみを表示しますおよび斜方晶相Bi ₂ MoO ₆ 。さらに、Bi ₂の標準データと比較 MoO ₆ （no。76-2388）、数層のWS ₂の存在 Bi ₂の回折ピーク位置は変化しませんでした MoO ₆ 複合サンプルでは、Bi ₂を示しています MoO ₆ 数層のWS ₂で成長したナノフレーク WS ₂に組み込まれるのではなくナノスライス格子。現在の解像度では不純物相の痕跡はありません。これは、調製したままのサンプルの純度が高いことを示しています。

合成されたままのサンプルの形態は、SEMを使用して調査されました。比較のために、バルク生WS ₂のSEM画像超音波処理なしと剥離したナノスライスを図2a、bに示します。前者は、厚さが約20 µmの明確な多層積層形態を示し、後者は、厚さが数十ナノメートルから1〜2 µmまで変化する2Dシート状の形態を示します。結果は、階層化された商用WS ₂ 数層のWS ₂にストリップされましたナノスライス。図2cは、純粋なBi ₂のSEM画像を示しています。 MoO ₆ 。 Bi ₂ MoO ₆ 粗い表面を伴うミクロスフェア形態を示した。詳細に調べると、ミクロスフェアは多数の二次Bi ₂で構成されていることがわかります。 MoO ₆ ナノプレート。さらに、Bi ₂の場合 MoO ₆ 2D数層WS ₂に堆積されました簡単なソルボサーマルプロセス（図2d）を介して、WS ₂の表面がはっきりとわかります。ナノスライスは、多数の2次元Bi ₂で均一に覆われていました。 MoO ₆ ナノプレート（図2d）とWS ₂を形成したもの / Bi ₂ MoO ₆ 階層構造。

数層WS ₂のナノ構造に関する詳細情報 / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料はTEM（HRTEM）画像から得られました。図3aで、WS ₂ （紫色の矢印）は、グラフェンと同様の明確なナノシート構造を示しており、グラフェンのような二硫化タングステンが得られていることを示しています。一方、Bi ₂ MoO ₆ WS ₂では、直径が約50〜100nmのナノプレートが成長することが観察されました。ナノシート。図3aから取得したHRTEM画像（図3b、c）は、0.274nmと0.227nmの分解された格子縞を明確に示しています。これは、Bi ₂の斜方晶相の（200）面に対応します。 MoO ₆ およびWS ₂の（103）平面、それぞれ。したがって、実験結果は、数層のWS ₂間のコヒーレントでタイトなヘテロ接合インターフェースを示しました。およびBi ₂ MoO ₆ が形成されたため、純粋なBi ₂と比較して、ハイブリッド構造内での電荷分離と効率的な電子移動が向上します。 MoO ₆ 。

電子構造とスペクトル分析

数層WS ₂の元素組成と酸化状態 / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料は、XPSスペクトルによってさらに決定されました。図4aは、数層WS ₂のXPSスペクトルの調査を示しています。 / Bi ₂ MoO ₆ （5 wt％）サンプル。W、S、O、Bi、Mo、およびCのピークを示します。他の元素に対応するピークは観察されません。 Bi ₂のBi4fのピーク MoO ₆ （図4b）164.4および159.2 eVに出現したものは、Bi 4f _5/2に属していました。およびBi4f _7/2 Bi ³⁺ イオン[23]。 235.6および232.5eVのMo3d結合エネルギー（図4c）は、Mo 3d _3/2と一致しています。およびMo3d _5/2 Mo ⁴⁺ イオン[23]。 O 1の非対称ピーク（図4d）は530.0 eVにあり、これはMo-Oの特徴です[24]。ただし、階層型WS ₂のXPSスペクトル（図4b–d）におけるBi 4f、Mo 3d、およびO1の結合エネルギー / Bi ₂ MoO ₆ 純粋なBi ₂と比較して、結合エネルギーが低い方にわずかにシフトします（約0.2 eV）。 MoO ₆ 。一方、階層型WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ コンポジット、W 4f _5/2の値（34.2 eV）およびW 4f _7/2 （32.0 eV）WS ₂に対応するピーク（図4e）純粋なWS ₂よりもわずかに低い（約0.2 eV）（34.4および32.2 eV）。同様に、高解像度のS 2pスペクトル（図4f）も、0.3eVの低い結合エネルギーに向かってわずかにシフトします。これらの結果は、WS ₂間の強い相互作用に起因する可能性があります。およびBi ₂ MoO ₆ その結果、Bi 4f、Mo 3d、O 1 s W 4f、およびS 2p軌道の内部シフトが発生します[21、25]。したがって、XRD、SEM、TEM、およびXPSの調査を組み合わせることにより、WS ₂の両方が存在することが明らかになりました。およびBi ₂ MoO ₆ 階層型WS ₂の種 / Bi ₂ MoO ₆ 複合体であり、ヘテロ接合がそれらの接触界面で形成されていること。

図5aは、WS ₂のUV-vis拡散反射スペクトル（UV-Vis-DRS）の比較を示しています。、Bi ₂ MoO ₆ および階層型WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 異なるWS ₂とのコンポジットコンテンツ。純粋なBi ₂の吸収スペクトルがはっきりとわかります。 MoO ₆ UV領域から約450nmの可視光まで広がります。 WS ₂の場合 Bi ₂と組み合わせる MoO ₆ 、階層型複合材料の吸収スペクトルは、純粋なBi ₂と比較して、可視光範囲内で明らかに赤方偏移とより強い吸収を示します。 MoO ₆ 。一方、WS ₂のコンテンツが比較的高い値（3〜7 wt％）に増加すると、階層型コンポジットディスプレイは450〜800nm付近で驚くほど強い吸収を示します。これらの結果は、複合光触媒が光触媒反応中により多くの光子を吸収できることを明確に示しています。したがって、WS ₂の追加が明らかになります。ナノスライスは、WS ₂の可視光吸収に有益です。 / Bi ₂ MoO ₆ コンポジット。

さらに、光学バンドギャップエネルギー（ E _g ）のサンプルは、次の式[26]によって計算されました。

$$ \ alpha h v =A {\ left（hv- {E} _g \ right）} ^ {n / 2} $$

ここでα 、 hv 、 A 、および E _g それぞれ、吸収係数、光子エネルギー、比例定数、およびバンドギャップです。 n の値遷移のタイプによって決定されます（直接（ n =1）または間接（ n =4））[27、28]。（ ahv のプロット）² 対（ hv ）はUV-Vis-DRSに従って変換されます。図5bに示すように、 E _g 純粋なWS ₂の値およびBi ₂ MoO ₆ それぞれ1.47および2.72eVと推定されています。

光触媒活性

調製されたままのサンプルの光触媒活性は、可視光照射下でローダミンB（RhB）を分解することによって測定されました。比較のために、純粋なBi ₂の光触媒活性 MoO ₆ および機械的に混合されたサンプル（5％WS ₂ および95％Bi ₂ MoO ₆ ）も調査されています。図6aに示すように、可視光照射下でのRhBの自己分解効果は無視できます。純粋なBi ₂によるRhBの光分解速度がはっきりとわかります。 MoO ₆ 100分間の可視光照射後はわずか39％でした。明らかに、すべての階層型WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料は、純粋なBi ₂よりも優れた光触媒性能を示します MoO ₆ 。 RhBの〜48、〜74、〜95、および〜88％は、1％WS ₂を使用して分解されました。 / Bi ₂ MoO ₆ 、3％WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 、5％WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 、および7％WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 、それぞれ。結果は、最適なWS ₂ WS ₂のコンテンツ / Bi ₂ MoO ₆ 質量比が5％のときに複合体が存在します。一方、WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ （5 wt％）複合材料は、機械的に混合された5％WS ₂よりも著しく優れた光触媒活性を示します。および95％Bi ₂ MoO ₆ 。これは、WS ₂間の効果的なナノジャンクションインターフェース接触と強い相互作用を強く示唆しています。およびBi ₂ MoO ₆ 光生成キャリアの移動、輸送、および分離プロセスを強化するのに非常に役立ちます。さらに、このような優れた光触媒性能は、複合材料の良好な結晶化と高い比表面積、およびWS ₂の薄いシート厚に起因する可能性があります。基板。

さらに、疑似一次反応速度モデルを使用して、RhB溶液の光触媒分解の実験データを適合させました。結果を図6bに示します。速度定数 k は0.0280分^-1 階層型WS ₂の場合 / Bi ₂ MoO ₆ （5 wt％）複合材料。これは、機械的に混合されたWS ₂の複合材料の3.8倍および7.1倍です。およびBi ₂ MoO ₆ 純粋なBi ₂ MoO ₆ 、それぞれ。これらの結果は、階層型WS ₂によってRhBがより効率的に劣化する可能性があることを示しています。 / Bi ₂ MoO ₆ 複合光触媒。

図7は、WS ₂でのRhB溶液分解のUV-vis吸着スペクトルの変化を示しています。 / Bi ₂ MoO ₆ （5 wt％）複合光触媒。これは、RhBの光触媒分解プロセスをさらに研究するために実行されました。 RhBの主な吸収ピークが552nmから537nmに徐々にシフトし、一連の N の段階的な形成に対応していることがわかります。 -脱エチル化中間体。可視光照射プロセスが続くと、537 nmにあるピークがシフトおよび減少し続けます。これは、RhB分子がさらに小さな分子フラグメントに分解され、最終的にRhBの構造も破壊されたことを示しています。 RhBの光分解の2段階遷移プロセスは、以前のいくつかの研究でも報告されています[29、30]。一方、実験では懸濁液の色が徐々に失われ、RhBの構造が最終的に破壊されたことをさらに示しています。

触媒の安定性

階層型WS ₂の光触媒安定性 / Bi ₂ MoO ₆ 図8aに示すように、複合材料はRhBの分解に関する再現性実験によって調査されました。 WS ₂の光触媒活性が / Bi ₂ MoO ₆ 最初の2サイクルの実験では安定しています。 4回のリサイクル後、触媒は光触媒活性の明らかな低下を示さず、WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料は、光分解プロセス中に比較的高い分解活性を保持していました。さらに、4サイクル後に収集された触媒サンプルは、XRD測定によって特徴づけられました（図8b）。 WS ₂の結晶構造と相組成がわかります。 / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料は、4回の光触媒反応の後で変化しません。したがって、優れた構造安定性により、WS ₂が保証されます。 / Bi ₂ MoO ₆ 可視光照射下で機能する複合効率の高い光触媒。

考えられる光触媒メカニズム

図9は、WS ₂の光触媒プロセスにおける主な活性種のトラップ実験を示しています。 / Bi ₂ MoO ₆ 複合。イソプロパノール（IPA）、1,4-ベンゾキノン（BQ）、およびエチレンジアミン四酢酸二ナトリウム（EDTA）は、・OH、・O ₂のスカベンジャーとして機能しました。 ⁻ 、およびh ⁺ 、それぞれ。 RhBソリューションに2mMのIPAまたはBQを追加すると、速度定数 k にわずかな影響があったことがわかります。 _app 、・OHと・O ₂ ⁻ 光触媒反応中の主な活性種ではなく、光触媒反応中の二次活性種です。それどころか、 k _app RhBの分解は、2 mMEDTAの添加後に明らかに減少しました。したがって、h ⁺ RhBの劣化に重要な役割を果たします。さらに、N ₂ 反応がO ₂なしで操作されることを保証するために、40 mL / minの速度でRhB溶液にバブリングしました。電子クエンチャーとして。 RhBの分解は、空気平衡化溶液の場合と比較してわずかな減少を示し、さらに・O ₂ ⁻ マイナーな役割を果たしました。

WS ₂の強化された光触媒性能、伝導帯（CB）および価電子帯（VB）を説明するおよびBi ₂ MoO ₆ ポテンシャルを計算する必要があります。半導体の場合、下部CBと上部VBは、実験式[31]によって推定できます。 E _CB = X − E ₀ − 0.5 E _g および E _VB = E _CB + E _g 、ここで E _CB （ E _VB ）はCB（VB）エッジポテンシャルです。 X は半導体の電気陰性度です。 E ₀ は水素スケールの自由電子のエネルギーです（〜4.5 eV vs NHE）;および E _g は、UV-可視拡散反射吸収から得られる半導体のバンドギャップエネルギーです。 X WS ₂の値およびBi ₂ MoO ₆ それぞれ5.66および5.55eVと計算されます[28、32、33]。したがって、 E _{C B} および E _VB WS ₂の値 +0.43および+ 1.9eVおよびBi ₂であると決定されます MoO ₆ それぞれ-0.31および+ 2.41eVです。

上記の結果に基づいて、WS ₂の可能な光触媒メカニズムスキーム / Bi ₂ MoO ₆ 複合光触媒を図10に示します。WS₂ およびBi ₂ MoO ₆ は可視光照射下で励起され、CBとVBにそれぞれ電子と正孔を生成します。 Bi ₂のCB上の電子 MoO ₆ WS ₂を簡単に転送します Bi ₂のCBポテンシャルによる MoO ₆ （-0.31 eV）は、WS ₂のCBポテンシャルよりも負です。（0.43 eV）[29、30]。数層のWS ₂ ナノスライスは効果的な電子コレクターとして機能する可能性があり、Bi ₂の電子正孔対の分離に有利でした。 MoO ₆ 。したがって、この高速の電子と正孔の移動プロセスは、電荷の再結合を減らし、Bi ₂のVB上の正孔の寿命を延ばすことができます。 MoO ₆ [34]。 WS ₂のCBの可能性（+0.43 eV）はE ₀よりも正です（O ₂ /・o ₂ ⁻ ）（-0.046 eV）これは、・O ₂ ⁻ ラジカルは、溶解したO ₂を還元する電子によって形成されませんでした [35]。ただし、Bi ₂のCB上のいくつかの電子 MoO ₆ 溶解したO ₂と反応できます・O ₂を生成する ⁻ ポテンシャル（-0.31 eV）がE ₀よりも負であるため、ラジカル（O ₂ /・o ₂ ⁻ ）。したがって、・O ₂ ⁻ 活性種はマイナーな役割を果たしました。一方、Bi ₂のVBの光誘起正孔 MoO ₆ 吸着したH ₂を直接酸化することもできませんでしたポテンシャル（+2.41 eV）がE ₀よりも低かったため、O分子から・OHラジカルへ（・OH / H ₂ O）（+ 2.68 V）[36]。最後に、主な活性種の穴とマイナーな活性種・O ₂ ⁻ 有機汚染物質（RhB）をCO ₂に酸化する強力な酸化剤として機能しますおよびH ₂ O.したがって、階層型WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料は改善された光触媒活性を示します。

結論

要約すると、新しいWS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ ヘテロ構造の光触媒は、事前に剥離された層状WS ₂を使用した簡単なソルボサーマル成長法によって正常に製造されました。基板としてのナノスライス。階層型WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 可視光照射下でのローダミンB（RhB）の分解に対して優れた光触媒活性を示します。一連の構造および性能試験の結果に基づいて、層状のWS ₂の間に緊密なナノ接合界面が形成されたと考えられています。ナノスライスとBi ₂ MoO ₆ 光誘起電子をWS ₂に容易に移動させるナノフレーク基板。その結果、電荷の再結合が減少し、正孔の寿命が延びました。したがって、階層型WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料は、純粋なBi ₂よりもはるかに高い可視光駆動光触媒活性を示します MoO ₆ 。さらに、WS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 複合材料は、可視光照射およびサイクリング光触媒試験の下で非常に安定しています。したがって、準備されたままのWS ₂ / Bi ₂ MoO ₆ 光触媒は、汚染物質の削減に応用できる可能性があります。