锰掺杂MAPbCl3/TiO2/SiO2异质结构提升光催化降解柠檬黄染料的效率与机制研究

本文创新性地通过锰（Mn2+）掺杂调控甲基铵铅氯钙钛矿（MAPbCl3）的电子结构，构建了三元异质结（TiO2/SiO2），显著提升了紫外/可见光下柠檬黄（tartrazine）染料的降解效率（UV:99.51%±0.62%，可见光:92.87%±1.13%）。研究揭示了Mn2+掺杂通过缺陷态工程（defect-state engineering）增强电荷分离、拓宽光吸收的协同机制，为开发高效稳定的废水处理光催化剂提供了新策略。

　　

亮点

本研究首次将锰（Mn²⁺）掺杂策略应用于MAPbCl₃/TiO₂/SiO₂三元异质结构，通过精准调控钙钛矿（perovskite）的电子结构，实现了对柠檬黄染料的高效光催化降解。

结构表征

X射线衍射（XRD）分析显示（图3a），未掺杂的MAPbCl₃（MAPC）呈现立方钙钛矿结构（JCPDS No. 96–723-1906），而Mn掺杂后样品在15.5°、22.0°等特征峰位出现明显偏移，证实Mn²⁺成功掺入晶格。有趣的是，Mn²⁺的引入还诱导了二氧化钛（TiO₂）从锐钛矿相（anatase）向金红石相（rutile）的部分转变，这种相变协同钙钛矿的缺陷工程，共同优化了载流子传输路径。

结论

Mn²⁺掺杂如同在MAPbCl₃中植入"电子高速公路收费站"，不仅拓宽了可见光捕获范围，还通过其特有的⁶A₁→⁴T₁跃迁（3d轨道）开辟了新的电荷转移通道。这种"缺陷调控+异质结"的双重策略，使催化剂在三次循环后仍保持90%以上活性，为设计环境友好型光催化剂提供了教科书级范例。