Bi2 MoO6/TiO2 纳米棒阵列异质结构的制备及光电化学性能研究

周小桔,蒋 鑫,胡正龙,任一鸣

(湖北科技学院 电子与信息工程学院,湖北 咸宁 437100)

随着经济的发展,能源和污染问题日益突出,高效利用太阳光裂解水制氢和降解污染物成为广大学者的追求。二氧化钛(TiO2)因其良好的电子迁移率、抗光腐蚀性、低成本和低毒性而成为一种受欢迎的光电极和光催化剂[1-2]。然而,TiO2带隙(3.0～3.2 eV)较宽导致太阳能利用率低,同时光生电子空穴复合率高[3],限制了TiO2的广泛应用。为解决这两个问题,学者们通过染料敏化、掺杂以及与其他金属及其氧化物偶联,以拓展光谱响应范围和实现光生载流子的有效分离[4-6]。将TiO2与具有窄带隙的材料结合,实现能带匹配,由此产生的异质结构表现出可见光吸收和电荷载流子的快速分离[7-8]。

钼酸铋(Bi2MoO6)为奥利维里斯(Aurivillius)层状结构,对水和有机电解和分解具有可见光驱动的光催化活性,其优异的光电化学性能引起了人们的兴趣[9-10]。研究表明,Bi2MoO6与TiO2偶联构筑异质结构可增强光电化学性能。例如,在TiO2薄膜上生长的片状Bi2MoO6表现出优异的显著可见光自清洁性能[11];Pan 等[12]报道,Bi2MoO6/TiO2复合微球在可见光下对苯酚和硝基苯的分解表现出优异的光催化活性;Zhang 等[13]使用Bi2MoO6纳米颗粒和纳米片制备了两种不同形貌的Bi2MoO6/TiO2异质结构,由于Bi2MoO6的扩展可见光吸收能力和Bi2MoO6/TiO2异质结构的光致电位差驱动电荷载流子的良好分离,这两种形态都能有效降解有机污染物[11-14]。

众所周知,比表面积的增大有助于改善光电化学性能,因为电化学反应通常在半导体表面发生[15]。一维纳米材料,包括纳米线、纳米管和纳米棒,由于其大的长径比、较好的化学稳定性和独特的几何形态,为电荷传输提供了直接途径。一方面,一维纳米材料阵列的径向为空穴扩散和传输提供了较短的路径,同时,它们的轴向是电子转移以及光散射和吸附的首选通道[8]。Lindquist 等[16]使用Fe2O3纳米棒阵列作为光电化学(PEC)电池中的阳极,解决了PEC 系统的问题并提高了效率。最近的研究还表明,与块体或随机分布的纳米结构不同,规则排列的一维纳米结构具有优越的光催化、光伏和PEC 特性[17]。已有研究表明,Bi2MoO6与TiO2纳米管和纳米带形成异质结构获得了增强的光电化学性能[18-19]。因此,将窄带隙的Bi2MoO6纳米片嵌入高比表面积的一维TiO2纳米棒阵列中,制备Bi2MoO6修饰TiO2一维纳米棒阵列,构筑type II 型异质结构,将是提高TiO2光电极光电化学性能的一种很好的策略。

基于上述考虑,本研究采用简单的低温水热/溶剂热两步法在生长有一维TiO2纳米棒阵列的FTO 衬底上合成Bi2MoO6纳米片,从而构筑Bi2MoO6/TiO2纳米棒阵列type II 型异质结构,并分析其结晶度、微结构、形貌、光学性能、光电化学性能和能带结构。通过分析Bi2MoO6的扩展可见光吸收能力和异质结构有效的电荷分离之间的协同作用,深入研究了Bi2MoO6/TiO2异质结构光电化学性能增强的机理。

1 实验材料和方法

1.1 仪器与试剂

本研究中使用的所有化学试剂均为分析纯,购买自中国天津国药集团化学试剂有限公司。实验试剂分别是盐酸HCl、钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)、五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)和钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)。FTO(SnO2∶F 导电玻璃)是从中国合肥科晶材料科技有限公司购买。去离子(DI)水是在实验室使用净水系统RC-K2(中国北京瑞成科技有限公司)制备。

1.2 材料的制备

1.2.1 TiO2纳米棒阵列的制备

采用水热法在FTO 导电玻璃上制备TiO2纳米棒阵列。首先,按体积比1 ∶1 配置盐酸(36.0%～38.0%)和去离子水的混合溶液,加入适量Ti(OC4H9)4(98.0%),将上述溶液移入水热反应釜(内置50 mL聚四氟乙烯内胆)。接下来,将FTO 衬底切成1 cm×1 cm 正方形,并依次用去离子水、丙酮和乙醇进行超声波清洗。然后,将清洗后的FTO 衬底放入含有混合溶液的高压釜中,并在170 ℃保温6 h。最后,TiO2纳米棒阵列生长在FTO 导电玻璃上。

1.2.2 Bi2MoO6纳米片/TiO2纳米棒异质结构的合成

采用溶剂热法制备Bi2MoO6/TiO2异质结构[20-21],具体过程如下: 首先,Bi(NO3)3·5H2O(99.0%)和Na2MoO4·2H2O(99.0%)按摩尔比2 ∶1 在匀速搅拌下溶解于乙二醇(EG,99.5%)和乙醇的混合溶液(体积比1 ∶1)中;然后,将充分溶解的溶液倒入衬以50 mL 聚四氟乙烯的不锈钢高压釜,同时将生长有TiO2纳米棒阵列的FTO 基底放入反应釜;最后,在160 ℃的烘箱中保温14 h,将制备的样品用去离子水清洗干净并烘干。电极制备流程见图1,插图为光电化学性能测试实拍图和工作电极实拍图。通过改变原材料Bi(NO3)3·5H2O 的浓度(0.001,0.0024,0.0048,0.0072 mol/L,Na2MoO4·2H2O 的浓度按化学计量比相应改变)制备了不同Bi2MoO6含量的Bi2MoO6/TiO2复合材料,分别记为BMT-1、BMT-2、BMT-3、BMT-4。为便于研究,在同样条件下制备了纯的Bi2MoO6。

图1 工作电极制备流程图,插图为测试实拍图和工作电极实拍图Fig.1 Preparation flow chart of working electrode,and the real pictures of the test and the working electrodes

1.3 测试表征

采用D8 Advance X 射线衍射仪(XRD,德国,Cu Kα X 射线源)分析产物的物相,采用JSM-7100F(日本)场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)表征样品形貌,采用FEI TecNai G2型透射电镜(美国FEI 公司,加速电压200 kV)表征样品的微观结构,采用中国Thermo Scientific 公司ESCALAB 250 型X 射线光电子能谱(XPS,用Al Kα 作为X 射线源)分析元素价态和价带电位(EVB)。采用岛津UV 2600 分光光度计(中国)分析紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱。采用FluoTime-300分光光度计(德国Pico Quant 公司,激发光波长325 nm)测量室温光致发光(PL)光谱。

1.4 光电化学性能测试

使用CHI660E 电化学工作站(中国上海辰华仪器有限公司)测试样品的PEC 性能,测试时采用三电极体系,铂片为对电极,Ag/AgCl 为参比电极,制备的样品为工作电极。电解液为0.5 mol/L Na2SO4溶液。工作电极的有效面积为1 cm2。光电化学测试有: 线性扫描伏安曲线(I-V),扫描范围-1～1.3 V;光电流响应曲线(I-T);电化学阻抗谱(EIS),扫描频率10 Hz～1 MHz,交流电压振幅5 mV;莫特-肖特基曲线,测试频率1000 Hz。测试中所用光源为300 W 的氙灯(AM 1.5G,光能量密度100 mW/cm2)。

2 结果与讨论

2.1 XRD 分析

图2 所示为Bi2MoO6、FTO 衬底上生长的TiO2和Bi2MoO6/TiO2异质结构的XRD 图。由图可见,位于36.2°,54.3°和62.8°的衍射峰,分别归于金红石TiO2的(101)、(211)和(002)晶面(PDF No.21-1276)。Bi2MoO6/TiO2的XRD 图谱包含Bi2MoO6、TiO2和FTO 的衍射峰,对比PDF No.76-2388 发现,位于28.2°,32.5°,46.7°,55.5°的衍射峰分别对应正交晶系Bi2MoO6的(131)、(200)/(002)、(202)和(133)晶面,结晶良好。同时也发现,随着Bi2MoO6含量的增加,Bi2MoO6的衍射峰变得尖锐、狭窄,且强度变强,但TiO2的衍射峰逐渐变弱。

图2 TiO2/FTO、Bi2MoO6和Bi2MoO6/TiO2异质结构(BMT-1,BMT-2,BMT-3,BMT-4)的XRD 图谱Fig.2 XRD patterns of TiO2/FTO,Bi2MoO6 and Bi2MoO6/TiO2 heterostructures (BMT-1,BMT-2,BMT-3 and BMT-4)

2.2 形貌和微结构分析

图3(a)为TiO2的SEM 照片,可以清晰观察到TiO2纳米棒尺寸一致,直径约200 nm,均匀垂直排列在FTO 衬底上。图3(b)是纯Bi2MoO6的SEM 图,可以看到Bi2MoO6呈现不规则的片状,层层交错。从Bi2MoO6/TiO2复合材料的SEM 图片(见图3(c)～(f))可知,Bi2MoO6纳米片紧密地覆盖在TiO2纳米棒阵列上,随着含Bi 的初始溶液浓度的增加,覆盖的纳米片的面积在增大且纳米片逐渐开始团聚。样品BMT-3显示(见图3(e)),含Bi 的初始溶液浓度为0.0048 mol/L 时,Bi2MoO6纳米片形成微球均匀分布在TiO2纳米棒阵列上,微球之间分散良好。当含Bi 的初始溶液浓度继续增加到0.0072 mol/L 时,纳米片团聚严重,这不利于光生载流子向半导体表面的转移。上述分析表明,Bi2MoO6初始溶液浓度对Bi2MoO6/TiO2复合材料的形貌有较大影响。

图3 SEM 照片。(a) TiO2纳米棒阵列;(b) Bi2MoO6纳米片;Bi2MoO6/TiO2异质结构:(c)BMT-1;(d) BMT-2;(e) BMT-3;(f) BMT-4Fig.3 SEM images of (a) TiO2 nanorod arrays,(b) Bi2MoO6 nanosheets,and Bi2MoO6/TiO2 heterostructures denoted as (c) BMT-1,(d) BMT-2,(e) BMT-3 and (f) BMT-4

图4(a)为TiO2纳米棒阵列的TEM 照片,可知纳米棒直径约200 nm。图4(b)为Bi2MoO6的TEM 照片,Bi2MoO6为片状,尺寸约250 nm,Bi2MoO6纳米片聚集成微球,直径约500 nm,与SEM 结果一致。图4(c)为Bi2MoO6/TiO2(样品BMT-3)异质结构的TEM照片,图中显示纳米棒与纳米片共存。图4(d)为Bi2MoO6/ TiO2异质结构的高分辨透射电镜照片,通过HRTEM 可清晰观察到两组不同晶面间距的条纹,其中0.29 nm 的晶格条纹对应于金红石型TiO2的(211)面,而0.18 nm 的晶格条纹归属于Bi2MoO6的(200)面。从HRTEM 照片发现Bi2MoO6纳米片沉积在TiO2纳米棒的端点处,两者构筑异质结构,有利于光生载流子分离。

图4 (a) TiO2纳米棒阵列、(b) Bi2MoO6纳米片、(c) Bi2MoO6/ TiO2异质结构的TEM 照片;(d)Bi2MoO6/TiO2异质结构的HRTEM 照片Fig.4 TEM images of (a) TiO2 nanorod arrays,(b) Bi2MoO6 nanosheet,(c) Bi2MoO6/ TiO2 heterostructures and(d) HRTEM image of Bi2MoO6/TiO2 heterostructures

2.3 XPS 分析

采用XPS 对Bi2MoO6/TiO2异质结构元素价态进行了分析。选取样品BMT-3 为测试样品,是因为该异质结构在光电化学测试中具有最好的性能。图5(a)为Bi2MoO6/TiO2复合材料的XPS 全扫描图。由图可知,产物只包含Bi、Mo、Ti、O 四种元素,其中C 元素是因测试时碳污染所引入。高分辨Bi 4f XPS 光谱显示出158.0 eV 和163.3 eV 的两个峰(见图(5b)),自旋轨道分裂为5.3 eV,分别归属于Bi 4f7/2和Bi 4f5/2的自旋轨道分裂峰[22],是3 价Bi 离子光电发射所产生。在Mo 3d 的高分辨XPS 光谱中观察到232.3 eV 和235.5 eV 的两个强峰,分别对应于6 价Mo 离子的Mo 3d5/2和Mo 3d3/2自旋轨道分裂峰[23](见图5(c)),自旋轨道分裂为3.2 eV。457.5 eV 和463.2 eV 处的峰值分别与Ti 2p3/2和Ti 2p1/2态的结合能相匹配(见图5(d)),自旋轨道分裂为5.7 eV,表明产物中的Ti 为4价。高分辨率O 1S XPS 光谱的拟合显示,在528.9,529.4 和531.1 eV 处有三个峰(见图5(e)),分别对应于Bi—O、Mo—O 和Ti—O 键[12,22]。上述分析表明合成产物包含Bi2MoO6和TiO2两种物质。

图5 (a)样品BMT-3 的XPS 全扫描图;BMT-3 的XPS 高分辨图: (b) Bi 4f;(c) Mo 3d;(d) Ti 2p;(e) O 1sFig.5 (a) XPS fully scanned spectrum of the BMT-3 composite,and high-resolution XPS of(b) Bi 4f,(c) Mo 3d,(d) Ti 2p,and (e) O 1s

2.4 光学性能

图6 显示了TiO2、Bi2MoO6、BMT-1、BMT-2、BMT-3 和BMT-4 样品的紫外可见吸收光谱。由图可见,TiO2纳米棒阵列在400 nm 的紫外区有一个大的吸收带,这主要是由TiO2的本征吸收引起[24](见图6(a))。Bi2MoO6的吸收强度相对较低,截止波长位于500 nm。相对于TiO2、Bi2MoO6/TiO2复合材料的吸收边出现了一定程度的红移,表明构筑Bi2MoO6与TiO2异质结构能将太阳光响应范围拓展到可见光区,从而增强光电化学性能。根据Kubelka-Munk 函数计算TiO2、Bi2MoO6和Bi2MoO6/TiO2异质结构的带隙,画出(αhν)2与光子能量的关系曲线,其中α为吸收系数。由图6(b)可知,TiO2、Bi2MoO6的带隙分别为3.1 eV 和2.77 eV,BMT-1、BMT-2、BMT-3 和BMT-4 复合材料的带隙分别为2.88,2.85,2.81 和2.79 eV。结果表明,随着Bi2MoO6含量的增加,异质结构的带隙逐渐减小,可见光响应范围逐渐拓宽,有利于增强光电化学性能。

光致发光(PL)光谱已被广泛用于揭示复合半导体材料中光生电子-空穴对的分离效率[25],光发射峰强度越低则光生载流子分离效率越高,光电化学性能越好。由TiO2、Bi2MoO6/TiO2异质结构的光致发光光谱可知(图6(c)),纯TiO2具有位于420 nm 附近的光发射峰,这归于电子-空穴的辐射复合。在Bi2MoO6/TiO2(BMT-3 和BMT-4)复合结构中观察到了远低于纯TiO2发光强度的光发射峰,这是由于Bi2MoO6与TiO2形成异质结构有利于光生电子-空穴的分离,降低了载流子的复合效率。

图6 TiO2纳米棒阵列、Bi2MoO6和Bi2MoO6/TiO2复合材料的(a) 紫外吸收光谱和(b) 能带带隙图;(c) TiO2和Bi2MoO6/TiO2的光致发光图Fig.6 (a) UV-Vis absorption spectra and (b) Kubelka-Munk plots of TiO2 nanorod arrays,Bi2MoO6 and Bi2MoO6/TiO2 composites;(c) PL spectra of TiO2 and Bi2MoO6/TiO2

2.5 光电化学性能

图7(a)是Bi2MoO6/TiO2异质结构、TiO2纳米棒阵列和Bi2MoO6纳米片的J-V曲线。在模拟太阳光照射下,样品光电流密度随外加电压的增加而增强,表明外加电场能有效地抑制光生电子-空穴的复合。与纯TiO2纳米棒阵列和Bi2MoO6纳米片相比,Bi2MoO6/TiO2异质结构的光电流密度均有较大提高,其中样品BMT-3 展现出最大的光电流密度,在1.23 V(vs NHE)电势下,BMT-3 的光电流密度约是TiO2的18倍,即从0.143 mA/cm2提高到2.589 mA/cm2,约是Bi2MoO6(0.546 mA/cm2)的4.7 倍。且随着异质结构中Bi2MoO6含量的增加,BMT-1(0.95 mA/cm2)、BMT-2(1.744 mA/cm2)、BMT-3 的最大光电流密度依次增加,这可能归因于Bi2MoO6含量增大则吸收的光子增多,导致光生载流子浓度增大。但是当Bi2MoO6含量继续增加时,BMT-4 的光电流密度下降到1.761 mA/cm2,这可能是因为Bi2MoO6含量过高,团聚严重,从而影响光生电荷迁移到异质结构表面,导致光生载流子分离效率降低。从图7(a)的插图可知,当光电流密度为零时,TiO2、Bi2MoO6、BMT-1、BMT-4、BMT-2、BMT-3 的开路电压分别为-0.48,-0.54,-0.56,-0.618,-0.67,-0.72 V,依次发生负移,表明电极BMT-3 具有更好的分离光生电子和空穴的能力[26];当电压为零时,Bi2MoO6/TiO2异质结构比TiO2和Bi2MoO6的光电流密度大,且BMT-3 最大,为0.0322 mA/cm2。该实验表明,Bi2MoO6修饰TiO2形成异质结构有助于增加光生电子-空穴浓度,有利于光生载流子的分离和转移,从而提高光电化学性能。当Bi2MoO6的溶液浓度为0.0048 mol/L 时,样品BMT-3 具有最佳的光电化学性能。

图7(b)是不同偏压下Bi2MoO6/TiO2异质结构、TiO2纳米棒阵列和Bi2MoO6纳米片的光转换效率图。光转换效率由以下公式计算[27]:

图7 (a) TiO2、Bi2MoO6和Bi2MoO6/TiO2异质结构的J-V 曲线;(b)计算得到的TiO2、Bi2MoO6和Bi2MoO6/TiO2异质结构的光转换效率Fig.7 (a) J-V curves of TiO2,Bi2MoO6 and Bi2MoO6/TiO2 heterostructrures;(b) Calculated photoconversion efficiencies as a function of the applied bias for the TiO2,Bi2MoO6 and Bi2MoO6/TiO2 heterostructrures

式中:J为光电流密度;V为外加偏压(vs NHE);Plight是入射光能量密度。纯TiO2纳米棒阵列在0.93 V时的最大光转换效率仅为0.0193%,而BMT-3 在0.98 V 时的最大光转换效率达到了0.287%。光转换效率的大幅提高,一方面是因为TiO2纳米棒阵列上修饰Bi2MoO6,拓宽了光谱响应范围,增强了对太阳光的吸收;另一方面Bi2MoO6/TiO2异质结构的形成促进了光生电子-空穴的分离和转移,减少了载流子的复合,最终提高了光转换效率。TiO2、Bi2MoO6、BMT-1、BMT-2、BMT-4、BMT-3 的最大光转换效率依次增大,这与最大光电流密度的结果相一致,进一步证明Bi2MoO6/TiO2异质结构有效提升了光电化学性能,其中BMT-3 的光电化学性能最好。

图8(a)为光电流响应曲线(I-T)。以40 s 为一个周期,光照20 s 黑暗环境测试,所有样品展现出良好的光电流响应。由图可知,无光照时,样品暗电流几乎都为零,光照时所有Bi2MoO6/TiO2异质结构的光电流都优于TiO2和Bi2MoO6,其中TiO2纳米棒阵列的光电流响应最小,BMT-3 样品具有最佳的光电流响应稳定性和再现性。TiO2、Bi2MoO6、BMT-1、BMT-2、BMT-4、BMT-3 的光电流响应依次增大,这与J-V曲线和光转换效率的结果相一致,即构筑异质结构能提升光电化学性能,且样品BMT-3 的Bi2MoO6含量是所有异质结构中最合适的。此外,Bi2MoO6/TiO2异质结构和Bi2MoO6在光照瞬间出现光电流衰减现象,表明工作电极与电解液界面发生的析氧反应动力学迟缓,出现了比较严重的载流子复合[29]。接下来,利用电化学阻抗谱(EIS)进一步研究了界面电荷的分离和收集效率。已经证实,高频区半圆半径越大电荷转移效率越低[30-31]。图8(b)中,TiO2、Bi2MoO6、BMT-1、BMT-2、BMT-4、BMT-3的半圆半径依次减小,这些数据证实了复合材料Bi2MoO6/TiO2异质结构较低的界面电荷转移电阻和快速的电荷转移过程,这是由于Bi2MoO6与TiO2的界面相互作用,从而提高了Bi2MoO6/TiO2异质结构中光生电子-空穴对的分离和转移效率。EIS 研究进一步证实BMT-3具有最优的光电化学性能。

图8(c)为TiO2和Bi2MoO6的莫特-肖特基曲线,对最长直线部分做切线,斜率都为正,表明TiO2和Bi2MoO6都是n 型半导体。平带电位可通过莫特-肖特基方程计算[25]:

图8 TiO2、Bi2MoO6和Bi2MoO6/TiO2异质结构的(a)瞬态光电流响应和(b) 奈奎斯特曲线;(c) TiO2和Bi2MoO6的莫特-肖特基曲线Fig.8 (a) The transient photocurrent response and (b) Nyquist plots of TiO2,Bi2MoO6 and Bi2MoO6/TiO2 heterostructrures;(c) Mott-Schottky plots of TiO2 and Bi2MoO6

式中:C是与电解液界面处的电容;e是电子电荷;ε0是真空介电常数;ε是样品介电常数;Nd是电荷载流子浓度;V和Vfb是外加电压和平带电位;k是玻尔兹曼常数;T是温度[32]。以1/C2为纵坐标,V为横坐标,直线斜率与横坐标的截距等于(Vfb+kT/e),算出TiO2和Bi2MoO6的平带电位分别为-0.35 V 和-0.58 V(vs NHE)。

2.6 光电化学性能的增强机理

PL、J-V、I-T和EIS 分析证实了Bi2MoO6/TiO2异质结构的有效界面电荷转移,为了理解Bi2MoO6/TiO2异质结构光电化学性能增强的机理,研究了异质结构的能带排列和电荷转移。莫特-肖特基曲线揭示了TiO2和Bi2MoO6的平带电位(图8(c))。图9 为TiO2和Bi2MoO6的XPS-价带谱(XPS-VB),由图可知价带电位EVB和平带电位之间的间隙分别为2.75 V 和2.26 V[33]。因此,计算得两者的EVB值分别为2.4 V和1.68 V(vs NHE)。根据紫外可见光谱计算的禁带宽度,计算出TiO2和Bi2MoO6的导带电位ECB分别为-0.7 V和-1.09 V。基于这些结果,建立了Bi2MoO6/TiO2的能带结构图(见图10),TiO2的ECB和EVB电位分别比Bi2MoO6的更正,因此,Bi2MoO6与TiO2形成能带交错排列的type II 型异质结构[34]。太阳光照射下,TiO2和Bi2MoO6价带中的电子被激发到导带中,同时价带中产生相同数量的空穴。由能带结构图可知,因为Bi2MoO6比TiO2的ECB电位更负,光生电子从Bi2MoO6的导带迁移到TiO2的导带,而光生空穴从TiO2的价带迁移到Bi2MoO6的价带,意味着通过Bi2MoO6/TiO2异质结构的内场抑制了电子-空穴对的复合,实现了光生载流子的有效分离,增加了载流子的寿命,增强了光电化学性能。

图9 TiO2和Bi2MoO6的XPS 价带谱Fig.9 XPS valence band spectra of TiO2 and Bi2MoO6

图10 Bi2MoO6/TiO2异质结构的能带排列和载流子迁移机理Fig.10 The band structure of the Bi2MoO6/TiO2 heterostructures and migration mechanism of carrier

3 结论

通过简单的两步溶剂热法在TiO2纳米棒阵列上生长Bi2MoO6纳米片,合成了Bi2MoO6/TiO2纳米棒阵列异质结构。研究了Bi2MoO6/TiO2异质结构的微结构、形貌、光学以及光电化学性能。结果显示,随着Bi2MoO6含量的增加(不超过BMT-3),Bi2MoO6/TiO2异质结构的最大光电流密度、瞬态光电流响应和光转换效率增大,电荷转移电阻减小。当Bi2MoO6溶液浓度增加到0.0048 mol/L 时,制备的Bi2MoO6/TiO2异质结构(样品BMT-3)的光电化学性能最优,其最大光电流密度为2.589 mA/cm2,约是TiO2(0.143 mA/cm2)的18 倍,约是Bi2MoO6(0.546 mA/cm2)的4.7 倍,最大光转换效率为0.287%。紫外可见吸收光谱、PL 谱、线性伏安曲线、瞬态光电流响应和EIS 分析表明,Bi2MoO6/TiO2异质结构拓宽了光谱响应范围,抑制了光生电子-空穴的复合,提高了载流子转移效率,提升了光电化学性能。能级结构表明,TiO2和Bi2MoO6之间形成type II 型异质结构,该结构有利于光生载流子的分离和转移。Bi2MoO6/TiO2的type II型能带结构与可见光的扩展吸收之间的协同作用是光电化学性能增强的内在机理。研究结果为未来其他异质结构的合成和光电化学性能研究提供有益的策略。