【摘要】 由于有机材料的结构多样性,越来越多的研究者选择有机材料作为光催化剂.典型的n型有机半导体苝二酰亚胺（PDI）不仅在可见光照射下有较强的光响应能力,而且有合适的带隙和负导带,使得光激发电子具有较强的还原能力.半导体光催化剂的适用性受到光生载流子复合的限制,而构建S型异质结可有效保证电荷分离,也可保证空穴和电子的强氧化能力和强还原能力.此外,由于普通光催化剂分离回收困难,可以将PDI与磁性半导体ZnFe₂O₄相结合来构建复合光催化剂,该复合光催化剂可以通过外加磁场进行回收以降低成本,在提高复合光催化剂性能的基础上保证回收率,并且具有较好的光化学稳定性.然而,不同方法制得不同粒径和形貌的PDI或ZnFe₂O₄的光催化性能也不同.因此控制PDI和ZnFe₂O₄的形貌对增强光催化活性起着至关重要的作用.本文采用盐酸-介导策略制备了ZnFe₂O₄小颗粒点缀的一维PDI的S型异质结（1D PDI/ZnFe₂O₄）.实验发现,用盐酸介导策略调控二者的形貌可以使其具有更好的光催化能力.采用透射电镜（TEM）、X射线衍射、X射线光电子能谱等对1D PDI/ZnFe₂O₄进行表征,通过光降解四环素溶液评价1D PDI/ZnFe₂O₄的光催化能力和稳定性,并利用DFT理论计算和ESR方法等对1D PDI/ZnFe₂O₄的光催化机理进行深入的探讨.扫描电子显微镜和TEM结果表明,盐酸介导可有效调控1DPDI/ZnFe₂O₄的形貌,经过盐酸介导, PDI变成均匀的棒状结构, ZnFe₂O₄变成均匀的小颗粒,并点缀在PDI上;而未引入盐酸的PDI仍呈不规则块状,其ZnFe₂O₄仍为小颗粒团聚的大球状结构.XPS结合能的偏移及DFT理论计算结果表明,材料间形成了内部电场.当PDI和ZnFe₂O₄接触时,为了使PDI和ZnFe₂O₄的费米能级相同, PDI中的e^-通过界面转移到ZnFe₂O₄中,导致界面处产生了内部电场.同时,由于e^-的流失, PDI的带边向上弯曲,而ZnFe₂O₄的带边向下弯曲.在光照射下, PDI和ZnFe₂O₄的e^-从VB激发到CB.内电场、带边弯曲和库仑相互作用加速了PDI CB上e^-和ZnFe₂O₄VB上h⁺的复合,也抑制了PDI CB上e^-和VB上h⁺的复合.综上, 1D PDI/ZnFe₂O₄的电子传递机理与S型异质结光催化反应机理一致.光催化剂催化四环素溶液降解性能结果表明, 1DPDI/ZnFe₂O₄催化四环素溶液的降解率分别是PDI和ZnFe₂O₄的9.18倍和9.73倍.说明通过盐酸介导策略可以有效地调控1DPDI/ZnFe₂O₄的形貌,使其具有良好的光催化性能和回收再利用性.本文为磁性有机-无机S型异质结光催化剂的组装提供了新思路.更多还原

【Abstract】 The recyclable and stable ZnFe₂O₄ small particle decorated one-dimensional perylene diimide（PDI） S-scheme heterojunction（1D PDI/ZnFe₂O₄） is prepared by the hydrochloric acid-mediated（HCl-mediated） strategy, interestingly, the morphology of the 1 D PDI/ZnFe₂O₄ can also be effectively regulated by HCl-mediated process, the existence of HCl can regulate PDI into a uniform rod structure, while the co-existence of HCl and PDI can limit ZnFe₂O₄ to become the uniform small particles. More importantly, based on the 1D rod structure of PDI and the small size effect of ZnFe₂O₄, carriers can migrate to the surface more easily, which can improve the photocatalytic activity. Meanwhile, due to the appropriate energy level structure, the S-scheme heterojunction structure is formed between PDI and ZnFe₂O₄, which eliminates meaningless photo-generated charge carriers through recombination and introduces strong redox to further enhance the photodegradation effect, thereby, 1D PDI/ZnFe₂O₄ exhibits excellent photocatalytic ability, under the visible light irradiation, the degradation rate of tetracycline（TC） with 1D PDI/ZnFe₂O₄（66.67%） is 9.18 times that with PDI（7.26%） and 9.73 times that with ZnFe₂O₄（6.85%）. This work proposes new ideas for the assembly of magnetic organic-inorganic S-scheme heterojunction photocatalysts.更多还原