钴空位协同调控内置电场强度与自由基类型实现CoxWO4@Cu2O Z型异质结高效光催化降解

本文创新性地构建了含钴空位的CoxWO4@Cu2O Z型异质结（Z-scheme heterojunction），通过空位工程同步调控内置电场强度并增加活性自由基（ROS）种类，实现了邻苯二酚（catechol）的高效降解（91%/1h）。研究结合原子尺度表征与DFT计算，揭示了空位增强电荷分离（·OH/·O2-生成）及调控能带结构的双重机制，为设计高性能光催化剂（photocatalyst）提供了新思路。

　　

Highlight

本工作通过引入钴空位（Co vacancies），成功调控了Co_xWO₄@Cu₂O异质结的内置电场强度，并增加了光降解过程中的活性自由基种类。原子级高分辨电镜图像清晰揭示了Co_xWO₄中钴空位的存在。基于上述双重调控，该异质结对邻苯二酚的光催化降解性能显著提升——在优化条件下（10 mg催化剂，15 mg/L底物），1小时降解率可达91%。研究进一步通过光电性能测试和DFT计算，深入探讨了钴空位增强内置电场及拓宽自由基种类的光催化机制。

Experimental reagents

实验所需试剂包括：六水合硝酸钴（Co(NO₃)₂·6H₂O）、二水合钨酸钠（Na₂WO₄·2H₂O）、尿素（CO(NH₂)₂）等，均采用分析纯试剂。

Characterization of catalyst morphology and phase structure

通过SEM/TEM/EDX对C_xW@Cu₂O进行形貌表征发现：Cu₂O呈现规整的微米级立方体结构，而CoWO₄和Co_xWO₄均为数十纳米的不规则块状。有趣的是，钴空位的引入并未引起材料形貌的显著改变，但XPS和EPR证实了空位的成功构建。

Conclusions

研究表明：钴空位能有效捕获电子，提升载流子分离效率，同时通过调节内置电场强度优化了Z型异质结的电荷转移路径。该工作为缺陷工程（defect engineering）调控光催化剂性能提供了理论依据。