2007年至今，華中師范大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)者、國(guó)家杰出青年基金獲得者張禮知教授及其研究團(tuán)隊(duì)已對(duì)擁有獨(dú)特層狀結(jié)構(gòu)鹵氧化鉍的合成和光催化性能進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)十年的研究探索。最近幾年，隨著對(duì)鹵氧化鉍結(jié)構(gòu)與性能構(gòu)效關(guān)系理解的不斷深入，該課題組著眼于“利用層狀結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)的內(nèi)建電場(chǎng)來提高載流子的體相分離效率”和“通過構(gòu)造表面氧空位來促進(jìn)氮-氮三鍵活化”兩個(gè)研究主線，立足于“碳摻雜和剝離單層增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)”以及“水熱調(diào)控氧空位”的結(jié)構(gòu)調(diào)控策略，由此在解決太陽能分解水和固氮反應(yīng)的關(guān)鍵方面取得了重要的研究進(jìn)展。

 

 

均相碳摻雜氯氧化鉍光催化分解水析出氧氣。通過采用先水熱碳化、后煅燒的兩步法成功把碳摻雜劑均相注入到Bi3O4Cl晶格內(nèi)部，碳摻雜Bi3O4Cl納米片由于126倍的內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度提高實(shí)現(xiàn)了高達(dá)80%的體相電荷分離效率，由此可以在可見光照射下高效光催化分解純水析出氧氣。

 

 

雙面神雙層異質(zhì)結(jié)高效光催化分解水析出氫氣。利用氧空位的豐富表面化學(xué)特性，把單層金屬相MoS2組裝到單層且富含氧空位Bi12O17Cl2的[Bi12O17]端面，合成出雙面神雙層異質(zhì)結(jié)(Cl2)-(Bi12O17)-(MoS2)。該催化劑能夠原子水平精確控制光生電荷的體相分離和表面轉(zhuǎn)移，光生電荷壽命高達(dá)3446 ns，420納米可見光處的光催化產(chǎn)氫量子效率為36%。

 

 

富含表面氧空位的溴氧化鉍無犧牲劑無貴金屬高效光催化固氮。受生物固氮的基本過程啟發(fā)，利用溴氧化鉍{001}晶面氧空位模擬固氮酶中的FeMo輔因子對(duì)氮分子進(jìn)行活化以削弱其共價(jià)鍵，以可見光作為能量供給，水作為綠色質(zhì)子源，實(shí)現(xiàn)無犧牲劑無貴金屬輔助的高效可見光催化固氮產(chǎn)生氨氣的反應(yīng)。