MoSe2/Bi3O4Cl Z型2D/3D异质结的构建及其增强光催化降解染料性能研究

针对染料废水污染治理难题，研究人员通过溶剂热法成功构建了MoSe2/Bi3O4Cl Z型2D/3D异质结。实验表明该复合材料光吸收能力提升，载流子分离效率显著增强，对RhB的降解速率达纯Bi3O4Cl的7.82倍，且循环稳定性优异。该研究为设计高效废水处理催化剂提供了新思路。

　　

随着工业化进程加速，染料废水污染已成为威胁生态环境和人类健康的重大挑战。传统处理方法存在效率低、二次污染等问题，而半导体光催化技术因其绿色可持续特性备受关注。然而单一催化剂普遍存在载流子复合率高、光响应范围窄等缺陷，如何构建高效稳定的异质结体系成为研究热点。

针对这一科学问题，华南理工大学的研究团队创新性地将二维材料MoSe₂与三维结构Bi₃O₄Cl复合，通过溶剂热法构建了Z型异质结光催化剂。该研究成果发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》上，为解决染料废水治理提供了新方案。

研究采用密度泛函理论（DFT）计算能带结构，结合溶剂热合成、紫外可见漫反射（DRS）、电化学阻抗（EIS）和光致发光（PL）等技术表征材料性能，以罗丹明B（RhB）为模型污染物评估光催化活性。

【structural Characterizations】部分显示，DFT计算证实Bi₃O₄Cl为2.28 eV间接带隙半导体，与MoSe₂形成交错能带结构。XRD和TEM证实成功构建了2D/3D异质界面，DRS显示复合材料可见光吸收边红移，EIS图谱表明界面电荷转移阻力降低，PL光谱证明载流子分离效率提升。

【Conclusions】部分指出，1.0% MoSe₂/Bi₃O₄Cl在90分钟内实现98.2%的RhB降解率，表观速率常数是纯Bi₃O₄Cl的7.82倍。捕获实验证实·O₂^-和h⁺是主要活性物种，提出了Z型电子转移路径：光生电子从Bi₃O₄Cl导带转移至MoSe₂价带复合，保留强还原性电子和强氧化性空穴。

该研究的创新性在于：首次将MoSe₂/Bi₃O₄Cl体系应用于光催化领域，通过2D/3D异质结构设计同时解决了传统催化剂比表面积小和载流子扩散距离长的矛盾。国家自然科学基金资助的这项研究，为复杂异质结催化剂设计提供了理论依据和实践范例，对推动绿色水处理技术发展具有重要意义。