波兰格但斯克理工大学-掺硼金刚石-石墨烯核-壳纳米结构的Schottky结驱动光催化效应:用于环境修复的sp3/sp2框架

系统研究了微波等离子体增强化学气相沉积法制备掺硼金刚石(BDD)-多层石墨烯(MLG)核壳纳米墙(BDGNWs)。在这里，氮的加入引出了包裹金刚石核心的MLG壳的起源，形成了独特的sp³/sp²杂化框架。通过各种光谱研究阐明了BDD-MLG核壳组成的纳米样形貌的演化机制。通过亚甲基蓝(MB)和罗丹明B (RhB)染料在低功率紫外线(UV)照射下的降解，考察了这些核壳纳米墙的光催化性能。从5ppm的染料溶液开始，采用BDGNWs作为光催化剂，在100 min内对MB的降解效率达到95%，在220 min内对RhB的降解效率达到91%。还研究了不同染料浓度的影响。增强的光催化活性是由载流子光产生驱动，并由BDD和MLG之间形成的肖特基结介导，促进了有效的光诱导电荷分离。对BDGNW光催化剂的稳定性进行了测试，经过5次试验，对MB和RhB的光催化性能分别从初始值的96%和91%下降到87%和85%，表现出良好的光稳定性。这些发现强调了金刚石-石墨烯纳米结构作为有前途的绿色碳质光催化剂的重要性。

图1. (a)在H₂/CH₄/B₂H₆/N₂等离子体中生长25分钟的FESEM显微镜图(插图)。(b)纳米线长度(曲线i)和生长速度(曲线ii)随生长时间(5-25分钟)的变化。(c)在H₂/CH₄/B₂H₆/N₂等离子体(i) 5 min， (ii) 10 min， (iii) 15 min， (iv) 20 min， (v) 25 min中不同生长时间生长的BDGNWs微拉曼光谱(λ = 325 nm)和(d) XAS光谱。

图2.在H₂/CH₄/B₂H₆/N₂等离子体中生长25 min时，记录了BDGNWs的高分辨率(a) C 1s， (b) b 1s和(C) N 1s XPS光谱。

图3. (a)在H₂/CH₄/B₂H₆/N₂等离子体中生长25 min时的HRTEM显微照片。(a)的插入部分显示了与图4(a) HRTEM显微照片相对应的BDGNWs的核心损耗EELS谱。(b)对应整个结构图像的傅里叶变换图像，(c, d)图像分别为图4(a)中“1”和“2”区域对应的傅里叶变换图像。(e, f)图4(a)区域“1”和“2”的高倍HRTEM显微图。

图4. (a) H₂/CH₄/B₂H₆/N₂等离子体生长的BDGNWs的OES光谱。(b)晶粒生长演化示意图:(i)生长5 min时形成等轴晶粒，(ii)生长10 min时形成线状晶粒，(iii)生长25 min时形成纳米壁。

图5. 使用BDGNW降解的紫外可见光谱:(a)亚甲基蓝和(b)罗丹明b;使用(i) BDGNW和(ii) BDD测定(C)亚甲基蓝和(d)罗丹明B的C/C₀与时间曲线;−ln(C/C₀)对(e)亚甲基蓝和(f)罗丹明B使用(i) BDGNW和(ii) BDD的时间曲线。

图6. 不同浓度(a)亚甲基蓝和(b)罗丹明b对BDGNW光催化剂的影响−ln(C/C₀)与BDGNW光催化剂下(C)亚甲基蓝和(d)罗丹明B的时间曲线。

图7.使用BDGNWs光催化剂在紫外光下光催化降解(a)亚甲基蓝和(b)罗丹明b染料。

图8.(a) BDGNW薄膜的紫外-可见吸收光谱，附图为相应的Tauc图。(b) BDGNWs光催化剂在紫外光下光催化降解染料的机理示意图。

图9.BDGNW光催化剂的可回收性测试(a) MB和(b) RhB染料多达5次试验运行。

相关研究成果由波兰格但斯克理工大学Robert Bogdanowicz 课题组2024年发表在ACS Energy, Environmental, and Catalysis Applications (链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c08707)上。

原文：Schottky Junction-Driven Photocatalytic Effect in Boron-Doped Diamond-Graphene Core–Shell Nanoarchitectures: An sp3/sp2 Framework for Environmental Remediation