南阳师范学院Coord. Chem. Rev.最新综述:BixOyXz光催化


【引言】

能源短缺和环境污染是当今人类面临的两大问题。与卤氧化铋(BiOX; X = Cl,Br,I)相比,具有相似结构的富铋卤氧铋(BixOyXz; X = Cl,Br,I)则有更适合的能带位置和稳定性,在环境和能源光催化方面(包括污染物降解、分解水产氢、CO2转化、光催化固氮和有机合成)均显示出优异的光催化性能。

近日,来自南阳师范学院的叶立群团队Coordination Chemistry Reviews发表了题为“Bismuth-rich bismuth oxyhalides for environmental and energy photocatalysis”的综述,详细讨论了BixOyXz的合成、改性以及在环境和能源光催化中的应用,并对BixOyXz的未来研究趋势进行了展望。

综述总览图

【图文导读】

分子前驱体法制备BixOyXz

分子前体法一直是制备无机材料的主要途径,然而,很少利用其来制备BixOyXz光催化剂。通过对分子前驱体进行水解和热处理分别获得了不同的BixOyIz光催化剂(图1)。

图1. 通过分子前驱体法合成Bi4O5I2和 Bi5O7I

光催化还原CO2

由于能带位置优化,BixOyXz显示出比BiOX更高的光催化还原活性。例如,发现Bi4O5Br2微球可以有效地将二氧化碳转化为太阳能燃料,如图2所示,Bi4O5Br2还原CO2生成CO和CH4约为2.73和2.04 mmol g−1 h−1,性能优于超薄的BiOBr(CO: 2.67 mmol g−1 h−1; CH4: 0.16 mmol g−1 h−1)和块体BiOBr(CO: 1.68 mmol g−1 h−1; CH4: mmol g−1 h−1)。

 

图2. 光催化还原CO2:(a)BiOBr;(b)超薄BiOBr;(c)Bi4O5Br2,(d)太阳能燃料生成量的比较

BixOyXz改性

为了进一步提高BixOyXz的光催化活性,采用和其他材料复合、使用助催化剂、掺杂、形成固溶体的方法对BixOyXz进行了改性,提高其电荷分离来提高可见光光催化活性(图3)。

 3. BixOyXz的主要改性手段

【总结与展望】

BixOyXz光催化剂的合成和应用面临挑战。首先是纯相BixOyXz的合成是相对比较困难的。目前,碱法水热和热处理是制备BixOyXz的主要方法。然而,pH值或温度的微小变化可能导致形成不同的BixOyXz光催化剂,通过分子前体法也仅合成了Bi4O5X2(X = Br,I)。开发新的合成方法是BixOyXz光催化的关键。环境净化和太阳能燃料生成是光催化剂的两个重要应用。与BiOX主要降解有机污染物的应用相比,BixOyXz光催化剂越来越多地应用于太阳能燃料生成,如水分解,二氧化碳转化和光催化固氮等。但是相关的催化机理研究没有得到深入的研究,急需运用先进的原位表征技术来更深入地研究BixOyXz光催化机理。

文献链接:XiaoliJin, Liqun Ye,* Haiquan Xie, Gang Chen, Bismuth-rich bismuth oxyhalides for environmental and energy photocatalysis, Coordination Chemistry Reviews,2017, 349, 84-101..

本文由南阳师范学院的叶立群团队供稿,材料牛整理编辑。材料牛网专注于跟踪材料领域科技及行业进展,如果您对于跟踪材料领域科技进展,解读高水平文章或是评述行业有兴趣,点我加入编辑部

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