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文献分享 | 内蒙古农业大学闫慧教授团队ASS:镍掺杂S型异质结用于可见光驱动光催化降解罗丹明B和四环素

2026-02-05 09:53:22

第一作者：Chuangchuang Liu、Xi Duo

通讯作者：闫慧

通讯单位：内蒙古农业大学

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.165707

图文摘要

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随着纺织、印染、医药及畜牧业的快速发展，大量染料和抗生素等污染物被排放到水环境中，对生态系统和公共健康构成严重威胁。因此，开发高效、环保的污染物处理技术尤为迫切。光催化技术利用太阳能将有机物矿化为二氧化碳和水，已成为环境修复领域的研究前沿。在众多光催化材料中，Bi₂MoO₆（BMO）因其良好的能带结构、化学稳定性和可见光响应性备受关注，但其载流子分离效率低限制了实际应用；CdS虽具有窄带隙和强可见光吸收能力，但存在严重的光腐蚀和电荷复合问题。通过构建异质结和元素掺杂（如Ni掺杂）可有效提升载流子分离效率和光稳定性，从而增强光催化性能。

本研究构建了一种镍掺杂的CdS/Bi₂MoO₆异质结光催化体系，实现了对罗丹明B和四环素的高效降解。光催化实验表明，0.5 wt.% Ni-CdS/Bi₂MoO₆复合材料在90分钟内对50 mg/L罗丹明B的降解效率达100.00%，在120分钟内对50 mg/L四环素的降解效率达98.73%。镍掺杂有效降低了镉的浸出率并抑制了CdS的光腐蚀。该催化剂在连续三次循环使用中保持高活性，证实了其优异的稳定性。ESR光谱和自由基捕获实验证实，超氧自由基和光生空穴是主要的活性物种。本研究表明，镍掺杂有效提升了电荷分离效率和可见光吸收能力，为开发针对有机污染物的高性能光催化剂提供了新策略。

图文导读

Fig. 1. Schematic diagram of the preparation process for Ni-CdS/BMO catalyst.

Fig. 2. SEM images of different sizes of (a) Bi₂MoO₆, (b) CdS, (c) CdS/BMO, (d) 0.5 wt.% Ni-CdS/BMO.

Fig. 4. (a) XPS spectra of CdS, BMO, CdS/BMO, 0.5 wt.% Ni-CdS/BMO survey, XPS spectra of (b) Cd 2p, (c) S, (d) Bi 4f, (e) Mo 3d, and (f) Ni 2p.

Fig. 6. (a-c) Mott-Schottky plots of BMO, CdS, and Ni-CdS, respectively; (d-f) show the XPS valence band (VB) spectra of BMO, CdS and Ni-CdS.

Fig. 12. (a) •O₂^–, (b) •OH and (c) h⁺ ESR signals characterization results of four catalysts.

Fig. 13. Proposed degradation pathways and intermediates for RhB (a) and TCH (b) over the Ni-CdS/BMO photocatalyst.

Fig. 14. The schematic illustrations of photocatalytic degradation mechanism of 0.5 wt% Ni-CdS/BMO upon visible light.

结论

本研究通过原位溶剂热法，在镍掺杂的CdS纳米棒表面生长钼酸铋纳米球，成功构建了一种新型的S型异质结光催化剂。光降解实验结果表明，0.5 wt.% Ni-CdS/Bi₂MoO₆复合材料表现出最优的光催化活性，在90分钟内对50 mg/L罗丹明B的降解效率达100.00%，在120分钟内对50 mg/L四环素的降解效率达98.73%。镍元素能有效抑制催化剂在放置过程中的结构损伤和表面腐蚀，显著提升其长期稳定性；同时，它在催化循环中有效抑制了镉的浸出，不仅稳定了光催化活性，也降低了对环境的潜在镉污染风险。其优异性能源于双重协同机制：一方面，S型异质结构构建了高效的电荷传输通道，显著促进了电子-空穴对的空间分离；另一方面，过渡金属镍凭借其独特的电子和化学性质，通过掺杂引入作为电子捕获中心的新能级，有效抑制了电荷复合，同时调控能带结构以增强可见光吸收能力，从而进一步提升光催化效率。本研究通过巧妙的元素掺杂策略，为构建兼具高活性和高稳定性的CdS基光催化剂提供了创新思路。

文献信息

Chuangchuang Liu¹, Xi Duo¹, Ruixuan Zhang, Hui Yan*, Xianliang Sheng, Liangliang Bao, Sarenqiqige Bao, Latai Ga. A robust Ni-doped CdS/Bi₂MoO₆ heterojunction with facile fabrication for visible-light-driven photocatalytic degradation of rhodamine B and tetracycline hydrochloride. Applied Surface Science, 2026, 724: 165707.

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.165707

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