La conversion et l'utilisation de l'énergie solaire pour la production de combustibles chimiques et l'assainissement de l'environnement par photocatalyse artificielle ont été reconnues comme une voie idéale pour répondre aux préoccupations énergétiques et environnementales critiques. La pleine utilisation de la lumière solaire est un grand défi pour atteindre une efficacité suffisante dans les applications pratiques, et le rétrécissement de la bande interdite d'un photocatalyseur affaiblit la force motrice des réactions redox, en particulier l'oxydation de l'eau et la dégradation des polluants, car ces réactions impliquent un processus multiélectronique compliqué. Par conséquent, le développement d'un large spectre, des photocatalyseurs réactifs et hautement efficaces pour l'oxydation de l'eau et la dégradation des polluants est un problème critique à résoudre à l'heure actuelle.

Matériaux oxométallates bi-sourcés, comme BiVO 4 , Bi2WO 6 , Bi 2 Meuglement 6 , etc., ont été largement étudiés en tant que photocatalyseurs actifs dans la lumière visible et présentent d'excellentes performances photocatalytiques dans l'oxydation de l'eau et la dégradation des polluants, qui profite principalement de leur position de bande de valence suffisamment profonde. Dans ce travail, un Bi réactif à large spectre 8 (CrO 4 )O 11 photocatalyseur nanotige a été construit avec succès. En raison de l'hybridation de Cr 3d avec les orbitales O 2p, la bande de conduction est déplacée au minimum vers le bas, Bi 8 (CrO 4 )O 11 permet son absorption jusqu'à toute la région visible (~678 nm) avec un rendement théorique du spectre solaire de 42,0%. Et son VB de 1,95 eV (vs NHE pH=7) est plus positif que le potentiel d'oxydation de OH-/O 2 , ce qui indique que les trous photogénérés de Bi 8 (CrO 4 )O 11 Le photocatalyseur nanotige possède une capacité d'oxydation extrêmement forte.

Comme le montre la figure 1a, Bi 8 (CrO 4 )O 11 a présenté des performances d'oxydation photocatalytique de l'eau extrêmement supérieures, et son taux moyen de dégagement d'O2 a atteint 14,94 μmol h-1, environ 11,5 et 4,0 fois supérieur à celui des nanofeuillets Bi2WO6 et du WO commercial 3 nanoparticules. Outre, il a par conséquent atteint un rendement quantique apparent (AQE) considérable de 2,87 % à 420 nm, voire 0,65% à 650 nm (Figure 1b), supérieur à de nombreux photocatalyseurs à large spectre rapportés. Le plus visiblement, son excellente activité se manifeste également dans la dégradation photocatalytique du phénol. Sa constante de réaction de dégradation pourrait atteindre 0,119 min-1, environ 22,5 et 8,8 fois supérieur aux nanofils CdS et aux photocatalyseurs supramoléculaires PDI, respectivement (Figure 1c). Même son activité de dégradation n'est pas inférieure au P25 TiO2 sous la lumière du soleil simulée, environ 2,9 fois plus élevé que ce dernier.

Remarquablement, Bi 8 (CrO 4 )O 11 a également présenté une capacité de minéralisation extrêmement forte, ce qui permet presque simultanément la dégradation et la minéralisation complète du phénol. Les taux d'élimination du carbone organique total du phénol sur Bi 8 (CrO 4 )O 11 sous lumière visible et lumière solaire simulée est de 94,8% (taux de dégradation :95,5%) et 97,3% (taux de dégradation :98,1%) en 0,5 h, respectivement, tandis que celui de CdS, Le PDI et le P25 sont significativement inférieurs à leurs taux de dégradation correspondants. Même sous une irradiation de lumière rouge de 650 nm, Bi 8 (CrO 4 )O 11 est encore capable de dégrader et de minéraliser complètement le phénol simultanément (Figure 1d), et peu de photocatalyseurs à large spectre peuvent y parvenir.

Outre, les moments dipolaires de Bi 8 (CrO 4 )O 11 a été calculé à 22,32 Debye (D), qui se traduit par un champ électrique interne géant (IEF). Comme le montre la figure 1e, par rapport à Bi 14 CrO 24 , Bi 8 (CrO 4 )O 11 avec un plus grand dipôle a montré un IEF significativement plus élevé, efficacité de séparation de charge et performance photocatalytique. Par conséquent, comme illustré dans le schéma 1, le grand dipôle cristallin de Bi 8 (CrO 4 )O 11 induit un IEF géant, qui accélère la séparation rapide des paires électron-trou photogénérées et améliore de façon exponentielle ses performances photocatalytiques. Plus important encore, sur la base du mécanisme ci-dessus, de nombreux photocatalyseurs plus efficaces peuvent être conçus avec succès en régulant le dipôle cristallin.