II型Co?O?/MoS?异质结的理性设计：用于提升可见光驱动下甲基橙和盐酸四环素的光催化降解性能

《Journal of Alloys and Compounds》：Rational Design of Type-II Co 3O 4/MoS 2 Heterojunction for Enhanced Visible-Light-Driven Photocatalytic Degradation of Methyl Orange and Tetracycline hydrochloride

光催化复合材料Co3O4/MoS2通过水热法合成，显著提升有机污染物降解效率，90分钟内对20 mg/L四环素盐酸盐降解率达88.54%，对10 mg/L甲基橙降解率74.79%，优于纯材料，异质结结构促进电荷分离并抑制复合，循环稳定性优异。

　　

毕春宇|韩盖英|王朝阳|于海涛|袁朗|谢颖

中国黑龙江省哈尔滨市黑龙江大学化学与材料科学学院，教育部功能无机材料化学重点实验室，邮编150080

摘要

含有混合有机污染物的废水对生态安全和人类健康构成严重威胁，这凸显了开发高效光催化材料的紧迫性。本研究通过水热法合成了Co₃O₄/MoS₂异质结构，并系统评估了其光催化降解有机污染物的性能。优化后的6% Co₃O₄/MoS₂复合材料在可见光照射下90分钟内对盐酸四环素（TCH，浓度20 mg·L?1）的降解效率达到88.54%，对甲基橙（MO，浓度10 mg·L?1）的降解效率达到74.79%，显著优于原始MoS₂（TCH降解效率为51.63%，MO为30.18%）和Co₃O₄（TCH为39.24%，MO为32.11%）。此外，该复合材料在连续使用四个循环后仍保持超过80%的初始活性，显示出优异的可重复使用性和长期稳定性。其增强的光催化性能归因于II型异质结的形成，该异质结有效促进了载流子分离并抑制了复合。本研究为基于MoS₂的异质结构设计提供了新的见解，并证明了Co₃O₄/MoS₂复合材料作为废水处理剂的潜力。

部分内容摘录

引言

环境污染和能源需求的不断增加是全球性的重大问题。工业化的快速发展加剧了废水排放对生态系统的不利影响，尤其是含有有机污染物的工业废水。这些废水中含有染料和抗生素等污染物，对环境完整性和人类健康构成严重威胁。

催化剂制备方法

所有材料和仪器的信息均见 supporting information。除非另有说明，否则直接使用从商业供应商购买的试剂和溶剂，无需进一步纯化。

形态与结构分析

通过X射线衍射（XRD）分析了合成样品的晶体相，以研究其结构特性。图2(a)展示了原始Co₃O₄、MoS₂以及不同组成比的X% Co₃O₄/MoS₂异质结光催化剂的XRD图谱。在原始Co₃O₄的XRD谱图中，特征衍射峰分别位于18.91°、31.16°、36.85°、44.78°、59.34°和65.14°，对应于(111)、(220)、(311)、(400)、(511)和(440)晶面。

结论

本研究通过水热法合成了Co₃O₄/MoS₂纳米杂化物，并系统探讨了Co₃O₄修饰对MoS₂表面形态、晶粒尺寸、光学带隙、电子性质和光催化效率的影响。结果表明，Co₃O₄/MoS₂复合材料的催化活性优于原始MoS₂，这主要归因于异质结的形成，有效缓解了载流子的复合现象。

CRediT作者贡献声明

谢颖：项目监督、资源管理、资金申请。毕春宇：论文撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法论设计、数据整理、概念构思。袁朗：项目监督、方法论设计。于海涛：数据分析、概念构思。王朝阳：实验研究。韩盖英：数据整理。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（22279030）、黑龙江省自然科学基金（LH2024E107）以及黑龙江省普通高校基本科研业务费（2024-KYYWF-122）的资助。