2007年至今，華中師范大學(xué)長江學(xué)者、國家杰出青年基金獲得者張禮知教授及其研究團隊已對擁有獨特層狀結(jié)構(gòu)鹵氧化鉍的合成和光催化性能進行了長達十年的研究探索。最近幾年，隨著對鹵氧化鉍結(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氮-氮三鍵活化”兩個研究主線，立足于“碳摻雜和剝離單層增強內(nèi)電場”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)電場強度提高實現(xiàn)了高達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輔因子對氮分子進行活化以削弱其共價鍵，以可見光作為能量供給，水作為綠色質(zhì)子源，實現(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)。