金屬所提出增強極性光催化材料性能新思路

據中國科學院報道：光催化技術在能源利用
、環境保護等領域具有廣闊應用前景。光催化過程可大致劃分為光能吸收、光guang生sheng電dian荷he分fen離li和he表biao麵mian反fan應ying三san個ge主zhu要yao步bu驟zhou
，其qi中zhong光guang生sheng電dian荷he能neng否fou有you效xiao分fen離li直zhi接jie製zhi約yue著zhe整zheng個ge光guang催cui化hua過guo程cheng的de效xiao率lv。通tong過guo材cai料liao設she計ji為wei光guang生sheng電dian荷he遷qian移yi提ti供gong足zu夠gou驅qu動dong力li
，可ke有you效xiao提ti高gao光guang生sheng電dian荷he分fen離li效xiao率lv

，增zeng強qiang材cai料liao光guang催cui化hua效xiao率lv。近jin年nian來lai，極ji性xing光guang催cui化hua材cai料liao研yan究jiu得de到dao迅xun速su發fa展zhan。由you於yu其qi正zheng負fu電dian荷he中zhong心xin不bu重zhong合he
，極ji性xing光guang催cui化hua材cai料liao自zi身shen的de內nei建jian電dian場chang為wei光guang生sheng電dian子zi與yu空kong穴xue的de分fen離li提ti供gong了le驅qu動dong力li，因yin而er可ke能neng獲huo得de高gao效xiao光guang催cui化hua能neng力li。

在眾多光催化材料中，Aurivillius型氧化物由於具有合適的能帶位置和豐富的元素組成，引起了科研人員的關注。通常情況下，Aurivillius型氧化物材料指Bi係二元金屬氧化物層狀鈣鈦礦結構材料，由[MO6]2-鈣鈦礦片層（M代表其他金屬元素）和[Bi2O2]2+螢石片層交替排列堆疊形成。Aurivillius型xing氧yang化hua物wu是shi一yi種zhong極ji性xing材cai料liao，有you利li於yu光guang生sheng電dian子zi與yu空kong穴xue的de分fen離li。同tong時shi，層ceng狀zhuang堆dui疊die結jie合he方fang式shi使shi其qi晶jing格ge易yi於yu在zai堆dui疊die方fang向xiang發fa生sheng變bian形xing，為wei其qi自zi身shen內nei建jian電dian場chang的de調tiao控kong與yu光guang催cui化hua效xiao率lv的de提ti升sheng帶dai來lai可ke能neng。

近日，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室環境功能材料研究部研究員李琦提出，晶格調控可能成為一種增強極性光催化材料性能的新思路。在可見光光催化材料Bi2MoO6研究中，李琦團隊發現通過改變Aurivillius型光催化材料極性方向的晶格常數

，材料的光催化性能能夠得到顯著增強。研究通過DFT理論計算預測了Bi2MoO6極性方向晶格常數b的變化對材料偶極矩的調控規律。由於Bi2MoO6晶體晶格常數b的變化同時會帶來晶格原子相對位置的弛豫
，與直觀感受相反
，極性方向晶格常數b的減少反而會導致Bi2MoO6的偶極距增大
，增強其極性，提高其內建電場強度。通過在溶劑熱合成過程中調整反應溶液pH值
，控製鉍離子與鉬離子在成核、聚合以及脫水結合過程中的結晶行為，科研人員成功降低了Bi2MoO6的晶格常數b值，獲得了一係列具有不同晶格常數b值的Bi2MoO6納米光催化材料。二次諧波測試（SHG測試）結果證實，晶格常數b值越小Bi2MoO6材料的極性越大
，也就越有利於光生電荷的分離。光電測試相關結果進一步表明，該係列Bi2MoO6納米光催化材料的光生電荷分離效率隨著其晶格常數b值的減少而提高。選取水中常見的模型汙染物抗生素、benfenyijijinhuangseputaoqiujunjinxingguangcuihuajinghuaceshi，jieguoyechengxianchuyuguangdianceshiyizhideguilv
，jicailiaoduizhexiemoxingwuranwudeguangcuihuajinghuaxiaolvsuizhejinggechangshub值(zhi)的(de)減(jian)少(shao)而(er)增(zeng)強(qiang)。該(gai)研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)
，晶(jing)格(ge)調(tiao)控(kong)能(neng)有(you)效(xiao)影(ying)響(xiang)極(ji)性(xing)光(guang)催(cui)化(hua)材(cai)料(liao)的(de)極(ji)性(xing)強(qiang)弱(ruo)，從(cong)而(er)增(zeng)強(qiang)極(ji)性(xing)光(guang)催(cui)化(hua)材(cai)料(liao)性(xing)能(neng)。這(zhe)為(wei)高(gao)效(xiao)層(ceng)狀(zhuang)極(ji)性(xing)光(guang)催(cui)化(hua)材(cai)料(liao)的(de)設(she)計(ji)提(ti)供(gong)了(le)新(xin)思(si)路(lu)。

相關研究成果發表在ChemSusChem上。該研究得到了國家自然科學基金、沈陽材料科學國家（聯合）實驗室基礎前沿創新項目以及山東省自然科學基金的資助
，以及北京航空航天大學博士祝令剛的合作支持。

　　論文鏈接

圖1.(a)，Bi2MoO6晶格結構示意圖；(b),Bi2MoO6極性方向晶格常數b的變化對材料偶極矩影響的DFT理論計算結果。

圖2.Bi2MoO6係列樣品信的(a)光吸收特性、(b)Mott-Schottky圖和(c)能帶結構。

圖3.Bi2MoO6係列樣品的(a)二次諧波測試（SHG測試）結果、(b)光電流響應測試結果、(c)電化學阻抗測試結果與(d)IPCE測試結果。

圖4.Bi2MoO6係列樣品的(a)抗生素、(b)苯酚與(c)金黃色葡萄球菌可見光光催化淨化效果