Z型Bi2SiO5-SrTiO3异质结的简易组装及其在增强光催化CO2转化与污染物降解中的应用

针对SrTiO3光催化剂电荷复合快、活性低的问题，研究人员通过构建Z型Bi2SiO5-SrTiO3异质结，显著提升了CO2还原（CO和CH4产率分别提高2.8和5.3倍）和四环素盐酸盐（TCH）降解效率。该研究为环境修复与碳中和提供了新型高效催化剂。

　　

随着全球工业化进程加速，抗生素滥用和CO₂排放引发的水体污染与气候变暖问题日益严峻。四环素盐酸盐（TCH）因其结构稳定难以自然降解，而传统光催化剂如SrTiO₃虽具有负导带电位（-1.66 V vs. NHE），却因电荷复合率高导致效率受限。为此，中国某研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，首次报道了Z型Bi₂SiO₅-SrTiO₃异质结的构建，通过协同优化氧化还原能力与载流子分离效率，实现了CO₂光还原与TCH降解性能的突破性提升。

研究采用水热法合成Bi₂SiO₅-SrTiO₃复合材料，结合X射线衍射（XRD）、光致发光光谱（PL）和电子自旋共振（ESR）等技术验证材料结构与电荷转移机制。通过模拟太阳光照射实验评估催化活性，并利用自由基捕获实验阐明反应路径。

Results and discussion

1. 材料表征：XRD证实Bi₂SiO₅与SrTiO₃成功复合，PL光谱显示异质结显著抑制了电子-空穴复合。
2. 光催化性能：Bi₂SiO₅-SrTiO₃的CO和CH₄产率分别为SrTiO₃的2.8倍和5.3倍；TCH降解率亦显著提升，归因于Bi₂SiO₅价带（+3.56 V vs. NHE）强氧化能力与SrTiO₃导带还原能力的协同效应。
3. 机制分析：ESR检测到·O₂^-和·OH自由基，证实Z型电子转移路径有效分离电荷并保留高氧化还原电位。

Conclusions
该研究开创性地将Bi₂SiO₅与SrTiO₃耦合，通过Z型异质结设计解决了传统光催化剂的效率瓶颈，为环境治理与清洁能源开发提供了新思路。其意义在于：（1）验证了Bi₂SiO₅在异质结中的独特作用；（2）为SrTiO₃基材料性能优化提供了普适性策略；（3）推动了光催化技术在碳中和领域的实际应用。