铁电YMnO3纳米片可见光催化降解盐酸多西环素的极化增强机制研究

本文以窄带隙铁电半导体YMnO3（YMO）为研究对象，通过极化处理显著提升其光催化降解盐酸多西环素（DOXH）效率（k值提升86.9%），揭示了极化诱导的价带正移（VBM）、p型掺杂效应及表面重构（pHPZC从3.0升至4.45）对空穴氧化能力的增强机制，为单组分铁电光催化剂设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过极化处理使YMnO₃纳米片的光催化降解DOXH一级动力学常数（k）从0.00445 min^–1提升至0.00832 min^–1，效率提升86.9%。关键机制在于极化诱导的价带顶（VBM）正移增强了空穴（h⁺）氧化能力，同时Mn³⁺→Mn⁴⁺转化产生的间隙氧（O_i^"）引发表面重构，使零电荷点（pH_PZC）从3.0升至4.45。

Discussion

我们提出两种极化增强机制假说：

①极化改变颗粒表面电荷态，通过pH依赖实验（pH 2→7）证实DOXH吸附量增加；

②极化诱导的晶格膨胀（XRD峰左移0.16°）和Mn价态转变（XPS）形成p型掺杂，促进e^--h⁺分离。

Conclusion

通过熔盐法制备的h-YMnO₃纳米片（直接带隙1.31 eV）在优化极化电压（100 V）和催化剂浓度（0.6 g/L）下，展现出可循环的DOXH降解性能。该工作强调铁电光催化剂设计中半导体特性调控的重要性。